一种新发现的蛋白质天然地含有一个不寻常的结合位点，可以区分稀土元素，而宾夕法尼亚州立大学的研究人员使其变得更好。稀土元素是从现代科技到汽油生产等所有领域使用的关键成分。研究人员表示，这种名为LanD的蛋白质使钕和镨的含量高于其他类似的稀土元素(REE)，并有可能彻底改变工业采矿。

宾夕法尼亚州立大学的科学家在化学教授JosephCotruvo,Jr.的带领下，最近在美国国家科学院院刊上发表了他们的LanD发现。

“每种稀土元素都有特定的性质，可用于不同的用途，但它们很难彼此分离，”科特鲁沃表示，他已提交了与这项工作相关的专利申请。“目前的工业方法效率低下，需要大量使用有毒化学品，因此基于蛋白质的稀土开采方法可以使这一过程更高效、更环保、更便宜。”

根据美国国际贸易委员会的数据，美国近80%的稀土供应来自进口。科特鲁沃解释说，美国国内有大量原材料(包括回收旧技术和工业副产品)可用于获取稀土，但并非所有稀土都具有相同的价值和用途。

更有效的分离方法有助于确保全国稀土元素的供应。17种稀土元素，包括15种被称为“镧系元素”的金属，通常分为“轻”和“重”两类，轻稀土元素更为丰富。然而不幸的是，最常见的轻稀土元素镧和铈价值不大，而其他轻稀土元素镨和(特别是)钕则价值更高。

钕是智能手机和风力涡轮机等可再生能源机械中使用的永磁体的关键组件，在这些应用中，镨通常与钕结合使用。

Cotruvo实验室之前发现了另一种蛋白质LanM，它与所有稀土元素的结合特异性高于任何其他金属。它以类似于锁和钥匙机制的方式实现这一功能，蛋白质是锁，稀土元素是钥匙。当蛋白质与稀土元素结合时，它的形状会发生变化，类似于钥匙在锁中转动。迄今为止研究的LanM蛋白质非常擅长区分重稀土元素，但它们在分离轻稀土元素方面做得并不好，类似于一个钥匙孔可以容纳几把不同的钥匙。

然而，新发现的LanD蛋白提高了轻稀土元素的分离能力，其分离能力与目前的行业惯例一样好，甚至更好，Cotruvo说。他说，由于具有独特的、前所未见的结合位点(金属“钥匙”可以锁定在蛋白质中)，LanD的天然稀土元素分离能力​​可以设计得更加高效，为更环保的稀土元素采矿业带来了新的希望。

Cotruvo表示：“目前人们致力于优化稀土元素分离，以减少劳动和材料消耗。但这种生物体，即自然界中大量存在的甲基杆菌，似乎已经解决了这个问题。”

甲基杆菌是一种以甲醇等一碳化合物为生的细菌，它喜欢使用特定的稀土元素(主要是镧和铈)来支持其生长。

六年前，当科特鲁沃发现LanM是第一个高亲和力、高特异性稀土元素结合蛋白时，人们并不清楚LanM为何需要在细胞中如此紧密地结合稀土元素。LanD的发现为这个问题提供了答案：这两种蛋白质协同作用，LanD与细菌吸收但不需要的镧系元素结合，并将它们输送到LanM，在那里被隔离。科特鲁沃说，这些镧系元素虽然对细菌并不重要，但对技术生产来说却是最重要的。

Cotruvo说：“细菌可以吸收更广泛的镧系元素，而不是它喜欢使用的小子集，因此它需要一种方法来防止那些不需要的镧系元素干扰细胞中需要的镧系元素的功能。”“LanD和LanM似乎共同完成这种分类，这解释了为什么之前发现的LanM蛋白通常擅长镧系元素分离。”

他补充说，LanD具有独特的结合位点，对轻质稀土元素的作用尤其明显。

Cotruvo表示：“LanD恰好能与钕结合，而钕是迄今为止最有价值的轻质稀土元素。虽然天然存在的LanD蛋白质表现出对钕的偏好，但我们对其进行了重新设计，以便能够更有效地从轻质稀土元素的混合溶液中提取钕，而其他价值较低的稀土元素则不受青睐。”

研究人员发现，改造LanD结合位点可使分离所需的钕和镨变得更加有效。在未来的应用中，研究人员表示，他们希望能够进一步缩小蛋白质尺寸，进一步提高该结合位点的优先性，并将其应用于更大规模的分离。Cotruvo表示，该位点可以作为化学家和工程师开发高度特异性蛋白质的起点，以完美分选其他难以分离的元素。

此外，由于LanD和LanM专门分离不同的稀土元素，因此它们可以一起用于分离矿石等复杂的稀土元素源。

“LanD蛋白是改善稀土元素分离实践的一种有前途的方法，”他说。“我们正在努力使它变得更好，为更有效、更环保的稀土开采铺平道路。”

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