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Chemical Choreography at the Mn Oxide Interface: Protein Association Modulates Glyphosate Bonding Configurations and Favors the AMPA Oxidation Pathway.
Environ Sci Technol · 2025 · 59:19513-19525 · PMID 40901747 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 환경과 생태 > 토양 거동 · 사람 · AMPA
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글리포세이트는 가장 널리 사용되는 제초제이며, 환경 표면에서 흡착 및 비생물학적 분해를 겪는데, 이때 자연 유기물이 이러한 과정에 강하게 영향을 미친다. 그러나 글리포세이트의 잔류 및 변환 경로를 조절하는 데 있어 유기-무기 복합체의 역할은 아직 불분명하다. 본 연구에서는 시간 분해형 현장 ATR-FTIR 분광법과 LC-MS 정량 분석을 결합한 미세유체 실험을 이용하여 글리포세이트와 그 산화 부산물을 추적하였다. 환경적으로 관련된 계면을 대표하기 위해 모델 단백질(소 혈청 알부민; BSA)과 두 가지 Mn 산화물(K-birnessite 및 hausmannite)을 사용하였다. 연구 결과, Mn 산화물 표면에 대한 단백질 흡착은 특히 산성 pH 조건에서 글리신 및 사르코신 경로보다 AMPA 산화 경로를 선호하는 것으로 나타났다. 이러한 경로 선택성은 흡착된 단백질이 인산원 그룹을 통해 단핵성 일자리 결합을 촉진함으로써 변형된 표면 배위와 상관관계가 있다. 또한, 단백질의 연관은 Mn 산화물의 활성 부위를 비활성화하고 pH 4.6 및 7.2에서 글리포세이트-단백질 복합체를 형성함으로써 글리포세이트 흡착, 탈착 및 산화 정도와 속도를 감소시킨다. 유기-무기 복합체의 보편성을 고려할 때, AMPA 형성으로의 변화(독성 및 지속성 부산물)는 인간과 생태계 건강에 중요한 영향을 미친다. 이러한 통찰은 산화환원 활성이 있는 유기-무기 계면에서의 글리포세이트 거동에 대한 기전적 이해를 증진시키고 지속 가능한 토양 관리 및 오염 완화 전략에 정보를 제공한다.
ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate, the most widely used herbicide, undergoes adsorption and abiotic degradation on environmental surfaces, with natural organic matter strongly influencing these processes. The role of organo-mineral associations in regulating glyphosate retention and transformation pathways, however, remains unclear. In this study, we employed time-resolved in situ ATR-FTIR spectroscopy and microfluidic experiments coupled with LC-MS quantification to track glyphosate and its oxidation byproducts. A model protein (bovine serum albumin; BSA) and two Mn oxides (K-birnessite and hausmannite) were used to represent environmentally relevant interfaces. Our results show that protein adsorption onto Mn oxide surfaces favors the AMPA oxidation pathway over the glycine and sarcosine pathways, particularly under acidic pH. This pathway selectivity correlates with altered surface coordination, where adsorbed protein promotes mononuclear monodentate binding via the phosphonate group. Additionally, protein association diminishes the extent and rate of glyphosate adsorption, desorption, and oxidation by passivating Mn oxide active sites and forming glyphosate-protein complexes at pH 4.6 and 7.2. Given the ubiquity of organo-mineral associations, the shift toward AMPA formation (a toxic and persistent byproduct) has critical implications for human and ecosystem health. These insights advance the mechanistic understanding of glyphosate behavior at redox-active organo-mineral interfaces and inform sustainable soil management and pollution mitigation strategies.
저자Azimzadeh, B.; Martínez, C. E.
저널Environmental science & technology
권·호·쪽59(36), 19513-19525
PMID40901747
DOI10.1021/acs.est.5c09711
MeSHGlyphosate; Glycine; Oxides; Oxidation-Reduction; Manganese Compounds; Adsorption; Herbicides
APA 7판
Azimzadeh, B., & Martínez, C. E. (2025). Chemical Choreography at the Mn Oxide Interface: Protein Association Modulates Glyphosate Bonding Configurations and Favors the AMPA Oxidation Pathway. Environ Sci Technol, 59(36), 19513-19525. https://doi.org/10.1021/acs.est.5c09711
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