Mezi stopové biogenní prvky už musíme řadit i lanthanoidy

Snad každý středoškolák ví, že základními (biogenními) prvky všech živých organismů na Zemi jsou uhlík, vodík, kyslík, dusík, fosfor a síra. Seznam biogenních prvků je však mnohem širší a začal se rozšiřovat s rozvojem nových a citlivějších analytických metod. Tak se mezi prvky nezbytnými pro život objevil vápník, hořčík, sodík a draslík, zinek, železo, jód, fluor, selen a další prvky, zejména kovy. Mnohé jsou v živých organismech obsaženy jen ve velmi nepatrném množství a bývají označovány jako stopové. Stopové prvky jsou pro organismus velmi důležité, protože jsou nepostradatelné pro funkci některých enzymů a jimi řízených biologických procesů. U některých je jejich role v organismu přesně definována, jako např. u křemíku, niklu, lithia, boru nebo vanadu, u jiných zatím přesně nevíme, jakému účelu slouží. To platí např. pro mangan, měď nebo chrom.

Nové objevy v metaloproteomice rozšířily spektrum stopových biogenních prvků o další reprezentanty. Metaloproteiny hrají klíčovou úlohu v řadě biochemických pochodů. Například proteiny obsahující Fe a Cu se podílí na dýchání, proteiny s Mg hrají klíčovou úlohu ve fotosyntéze apod. Podrobná analýza obsahu stopových prvků v živých organismech ukázala, že z 343 nově zachycených proteinů s navázaným kovem jich 158 neodpovídalo žádnému známému metaloproteinu. Nově objevené proteiny obsahovaly kobalt, železo, nikl, wolfram a zinek (v 83 případech), jiné zase olovo, mangan, molybden, uran a vanad (v 75 případech) – Vesmír 90, 258, 2011/5.

O tom, že spektrum stopových biogenních prvků se stále rozšiřuje, svědčí výsledky studia metanotrofní bakterie Methylacidiphilum fumariolicum SolV žijící v kyselých vulkanických bahnech. Pracovníci z nizozemské Radboud University Nijmegen zjistili, že tento extremofilní mikroorganismus potřebuje k životu prvky vzácných zemin (lanthanoidy). Bakterie z odebraných vzorků italského vulkanického bahna dokázaly přežít jen ve svém přirozeném prostředí. V uměle připraveném laboratorním prostředí odmítaly růst. Bylo zjevné, že jim chybí nějaká důležitá složka. Po šesti letech výzkumů se kolektivu vědců vedených Op den Campem podařilo identifikovat, že jde o čtyři lanthanoidy: lanthan, cer, praseodym a neodym. Bylo zjištěno, že ionty těchto kovů jsou důležitou složkou aktivního centra bakteriálního enzymu methanoldehydrogenázy, která přeměňuje methanol CH₃OH na formaldehyd HCHO (Environ. Microbiol. 2013 Aug 18, doi: 10.1111/1462-2920.12249).

Lanthanoidy, které jsou pro naše nové technologie velmi důležité, jsou zřejmě neméně důležité také pro život. Bude-li další výzkum stopových biogenních prvků postupovat dosavadním tempem, brzy bude v jejich seznamu celá Mendělejevova tabulka.