Les éléments des terres rares sont vitaux pour de nombreuses technologies modernes. Les chimistes de LMU ont maintenant montré qu'un cofacteur trouvé dans une enzyme bactérienne peut extraire sélectivement certains de ces métaux à partir de mélanges d'une manière respectueuse de l'environnement.

Les éléments des terres rares (ETR) sont un ingrédient indispensable des appareils électroniques qui font désormais partie intégrante de notre vie quotidienne. Ils sont employés dans les ordinateurs, smartphone, moteurs électriques et de nombreuses autres technologies clés en tant que composants d'aimants et de batteries, et servent également de puissants catalyseurs chimiques. Les terres rares comprennent 17 éléments—scandium, yttrium, le lanthane et les 14 lanthanides qui suivent le lanthane dans le tableau périodique. Dans la nature, ils se présentent sous forme de mélanges et se trouvent souvent en association avec les éléments radioactifs uranium et thorium. Toutes les terres rares présentent des propriétés chimiques très similaires, ce qui rend difficile leur séparation, tâche énergivore et problématique pour l'environnement. Maintenant, une équipe dirigée par la chimiste LMU, le professeur Lena Daumann, a montré qu'un cofacteur enzymatique appelé pyrroloquinoléine quinone (PQQ) présent dans certaines espèces de bactéries se lie sélectivement à des terres rares spécifiques et peut être utilisé pour les séparer de mélanges.

Que les terres rares jouent également un rôle essentiel dans la biosphère a été découvert il y a moins de 10 ans, lorsqu'il a été montré que certains types de bactéries peuvent capter sélectivement les lanthanides de l'environnement, qui sont ensuite incorporés dans des enzymes pour être utilisés comme catalyseurs métaboliques. Par exemple, chez les bactéries méthylotrophes, le lanthane ou l'europium se lient à la PQQ dans l'enzyme méthanol déshydrogénase (MDH), et joue un rôle essentiel dans l'oxydation du méthanol, une partie importante du métabolisme énergétique de ces bactéries. Daumann et ses collègues ont maintenant caractérisé en détail l'interaction de PQQ avec ces terres rares et, en coopération avec des chercheurs basés à Berlin et Münster, ils ont isolé des complexes PQQ-lanthanide et déterminé leurs structures moléculaires pour la première fois en l'absence de la matrice enzymatique.

Les résultats démontrent que PQQ peut éliminer sélectivement certaines terres rares par précipitation à partir de solutions aqueuses contenant des mélanges de leurs sels, sans avoir besoin de solvants organiques potentiellement dangereux ou d'autres additifs. Étonnamment, PQQ se lie préférentiellement aux plus gros lanthanides, y compris le néodyme. Le recyclage de ces derniers présente un intérêt particulier pour les technologies durables. "Une caractéristique des lanthanides est que le rayon ionique diminue progressivement à travers la rangée du lanthane au lutécium, et ces minuscules différences peuvent être utilisées pour les séparer, " explique Daumann. Jusqu'à présent, il n'était pas clair pourquoi les bactéries sélectionnent préférentiellement les plus gros lanthanides pour leurs fonctions biochimiques. Sur la base de leurs derniers résultats, les auteurs de la nouvelle étude soupçonnent que cela a à voir avec la structure de PQQ. Le site actif des enzymes contenant PQQ a probablement été optimisé pour accueillir les plus gros ions de la série REE. Les nouvelles découvertes devraient stimuler davantage l'intérêt pour l'utilisation de bactéries pour le recyclage des terres rares. L'étude paraît dans la revue Chimie :une revue européenne , et figure sur la couverture du dernier numéro.