早ければ早いほど良い。ピロロロキノリンキノンを用いたランタニドの構造解析と分離

The Earlier the Better: Structural Analysis and Separation of Lanthanides with Pyrroloquinoline Quinone.

• Henning Lumpe
• Annika Menke
• Christoph Haisch
• Peter Mayer
• Anke Kabelitz
• Kirill V Yusenko
• Ana Guilherme Buzanich
• Theresa Block
• Rainer Pöttgen
• Franziska Emmerling
• Lena J Daumann

抄録

ランタノイド(Ln)は重要な原料であるが、その採掘や精製は環境に大きな影響を与えるため、持続可能なリサイクルや分離戦略が必要とされている。本研究では、最近発見されたランタノイド(Ln)依存性メタノール脱水素酵素(MDH)酵素の補酵素であるピロロロキノリンキノン(PQQ)とのLn錯体の沈殿と溶解性挙動について報告する。この中で、ユーロピウムPQQの生体関連複合体の分子構造を初めて蛋白質環境外で解明した。この複合体は反転対称二量体である Eu PQQ として結晶化し、PQQ の生物学的に重要なポケットに Eu が結合していることを明らかにした。LnPQQとLn1Ln2PQQの複合体は、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)、赤外分光法、Euメスバウアー分光法、X線全散乱法、拡張X線吸収微細構造法(EXAFS)を用いて特徴づけられた。天然の酵素補酵素を用いることで、似たような性質を持ち、分離が困難なランタノイドの沈殿による分離がある程度可能であることが示された。

Lanthanides (Ln) are critical raw materials, however, their mining and purification have a considerable negative environmental impact and sustainable recycling and separation strategies for these elements are needed. In this study, the precipitation and solubility behavior of Ln complexes with pyrroloquinoline quinone (PQQ), the cofactor of recently discovered lanthanide (Ln) dependent methanol dehydrogenase (MDH) enzymes, is presented. In this context, the molecular structure of a biorelevant europium PQQ complex was for the first time elucidated outside a protein environment. The complex crystallizes as an inversion symmetric dimer, Eu PQQ , with binding of Eu in the biologically relevant pocket of PQQ. LnPQQ and Ln1Ln2PQQ complexes were characterized by using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), infrared (IR) spectroscopy, Eu-Mössbauer spectroscopy, X-ray total scattering, and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS). It is shown that a natural enzymatic cofactor is capable to achieve separation by precipitation of the notoriously similar, and thus difficult to separate, lanthanides to some extent.

© 2020 The Authors. Published by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.