Редкоземельные металлы, несмотря на своё название, не самые редкие элементы: по суммарной распространённости в земной коре они превосходят, например, золото и платину. Однако распределены они довольно равномерно, что делает их добычу экономически невыгодной. На свете есть лишь несколько мест, где эти металлы можно извлечь из массивных месторождений.
В живых организмах эти металлы найти ещё труднее, чем в земной коре: их, в отличие от железа, цинка и тому подобных элементов, сложно перевести в растворимое состояние, а потому в метаболизме их почти никто не использует. За исключением, как водится, бактерий.
Учёные из Неймегенского университета (Нидерланды) и Института медицинских исследований Общества Макса Планка (Германия) обнаружили бактерию Methylacidiphilum fumariolicum, которой, как оказалось, жизненно необходимы целых четыре редкоземельных металла: лантан, церий, празеодим и неодим.
M. fumariolicum — истинные экстремофилы: они живут в кислой среде при рН от 2 до 5 и при температуре 50–60 ˚C. Собственно говоря, M. fumariolicum может выдержать даже рН = 1, что соответствует концентрированной серной кислоте. В качестве источника энергии и углерода этот микроб использует метан, превращая его в метанол, который, в свою очередь, попадает к ферменту метанолдегидрогеназе. Для работы этому ферменту как раз и нужны металлы в качестве кофактора.
Большинство бактерий, у которых есть такой фермент, обходится ионами кальция. Но не M. fumariolicum. Исследователи заметили, что эти микробы выживают только в том случае, если им в среду добавляют воду из того водоёма, где их нашли (а нашли их в горячих грязевых озёрах у вулкана Сольфатара в Италии). Когда проанализировали состав этой жидкости, оказалось что концентрация редкоземельных элементов в ней в 100–1 000 раз выше, чем в обычной воде.
Структурные исследования метанолдегидрогеназы M. fumariolicum показали, что их ферменту вместо иона кальция действительно нужны редкоземельные металлы: радиус их атома немного больше, чем у кальция, но для работы в белке подходит. Кроме того, сам белок отличается от похожих ферментов других бактерий аминокислотной заменой, позволяющей поместиться в белке более крупному атому металла.
Исследователи также отмечают, что M. fumariolicum поглощает больше редкоземельных металлов, чем это нужно для обеспечения всех молекул фермента кофактором, так что, возможно, у этих бактерий есть некие внутриклеточные склады таких элементов.
Гены метанолдегидрогеназы, похожие на тот, что есть у M. fumariolicum, нашли ещё у целого ряда бактерий, живущих в прибрежных водах и на листьях растений. Учёные полагают, что растения служат таким бактериям поставщиками редкоземельных элементов, распределённых в почве, а для тех, что живут на берегу, их источником является песок.
http://compulenta.computerra.ru/chelovek/biologiya/10009842/ |
