Ферменти грибів
У проміжних за ступенем паразитизму форм грибів міцелій також переважно розташований усередині субстрату, проте, наприклад, у рослинах гіфи йдуть не міжклітинами, а через клітини (крізь них). Для того, щоб проникнути в клітину рослини-господаря, гіфа паразита впливає на клітинну оболонку своїми ферментами. Гаусторії в цьому випадку не утворюються і осмос поживних речовин здійснюється всією поверхнею занурених у субстрат гіф. За характером своєї діяльності ферменти близькі до каталізаторів неорганічного світу, які викликають звані каталітичні реакції. Під каталітичними реакціями мають на увазі такі хімічні перетворення, які викликаються, або, вірніше, прискорюються присутністю сторонніх речовин, самі по собі при цьому ніяких змін, що не піддаються. При цьому для успішного результату достатньо їх мінімальної кількості. Багато ферментів мають здатність безперешкодно проходити крізь оболонку живих клітин. Наявність у ферментів або відсутність цієї властивості дає можливість розбити їх на дві групи: ферменти зовнішньої роботи, що виявляють свою діяльність у розщепленні або в перетворенні речовин, що знаходяться поза клітинами, що їх утворюють, і ферменти внутрішньої роботи, діяльність яких обмежена вмістом тієї клітини, в якій вони є. Таким чином, між ферментами спостерігається поділ: зовнішні ферменти накопичують із навколишнього середовища необхідні для зростання та розвитку гриба матеріали, внутрішні ж переробляють ці матеріали, виділяючи з них все цінне та відкидаючи все непотрібне.
Гаусторія - "орган" відповідальний за виділення ферментів у грибів
Гаусторії - бічні відгалуження гіф паразитичних грибів, що проникають усередину клітини-господаря. Утворення гаусторій паразитичними грибами є єдинимспособом одержання грибом поживних речовин, що всмоктуються гаусторіями з клітин господаря. Вперше виявлено німецьким фітопатологом А. де Барі. Гаусторіями також називаються аналогічні утворення інших організмів, наприклад, напівпаразитичного чагарника омела.
У борошнисторосяних грибів з поверхневим міцелієм гаусторії розвиваються наступним чином: апресорій, прикріплюючись до клітини рослини-господаря, виділяє специфічні ферменти, що розпушують клітинну кутикулу, і через зруйновані ділянки від основи апресоріїв виходить паросток, що впроваджується в порожнину. У гаусторію, що утворилася, перетікає ядро. У іржі грибів з міжклітинним міцелієм гаусторії є продовженням вегетативних гіф, які, проникнувши в клітину господаря, змінюють свій зовнішній вигляд.
Для рослинної клітини гриб є стороннім тілом, використання якого не проходить безслідно: клітина рослини реагує на присутність гриба утворенням калозного чохла, що перешкоджає подальшому зростанню гаусторії.
Гаусторії складаються з трьох частин: материнської грибної клітини, шийки гаусторії - частини, що пронизує клітинну стінку, і власне гаусторії, розташованої всередині господаря. Іноді з однієї материнської клітини може зростати кілька гаусторій.
Своїми ферментами напівпаразитний гриб не тільки розчиняє оболонку клітин рослини-господаря, завдяки чому проникає всередину, але і зазвичай вбиває їх, після чого освоює живильні речовини, що містяться в клітинах. Таким чином, впровадившись у них як паразит, гриб потім харчується за рахунок ним же вбитої клітини як сапрофіт.
Встановлено, що чим більше виражені сапрофітні властивості гриба, тим більшим набором ферментів він володіє, що дозволяє йому поселятися на різнихсубстратах та освоювати їх як джерело харчування. Деякі сапрофітні гриби мають властивість виробляти близько 20 різних ферментів, причому склад останніх може бути непостійним і змінюватись в залежності від субстрату.
Навпаки, чим сильніше виражені паразитні властивості гриба, тим меншим набором ферментів він має, через що може вражати лише обмежену кількість субстратів, аж до окремих сортів рослин. Така приуроченість до строго певних субстратів називається спеціалізацією, а паразитний гриб – вузько спеціалізованим. Спеціалізація грибів іноді приймає крайні межі: відома приуроченість грибів навіть до певних органів рослин. Таке явище зветься органотропності.
Ферменти грибів мають дивовижні властивості. З їх допомогою гриби можуть легко руйнувати такі матеріали, які важко піддаються впливу хімічних реагентів. Вивчаючи механізм руйнівної роботи грибів, фахівці знаходять шляхи використання його потреб нашого життя. Так, наприклад, за допомогою ферментних препаратів хлібопекам вдається швидше готувати тісто, а хліб випікати рум'янішим, з хрусткою скоринкою. Цей препарат одержують із гриба аспергіму. У ферментів є спеціалізація, завдяки якій вони діють акцентовано тільки на якусь одну, певну речовину. У випадках, коли належить «розкусити» дуже складну за будовою речовину, завжди набирається кілька ферментів, що діють спільно або певною послідовністю один за одним. Таким чином, функції ферментів, спрямовані до перетворення нерозчинних органічних сполук на розчинну речовину, головним чином на цукор, то в їх діяльності спостерігається наступність, внаслідок чого нерозчинне утворення поступово розщеплюється наокремі частини, з яких потім виробляється розчинна глюкоза. Звідси й присутність у живих клітинах грибних гіфів різноманітних, іноді численних ферментів.
Великий інтерес становлять трутовики. Вони викликають звичайну буру чи білу гниль. Ті, що викликають буру гнилизна, «виїдають» целюлозу за допомогою ферменту целюлози. Ось цей фермент привернув до себе увагу фахівців. Адже целюлоза, або клітковина, міститься не лише у деревині. Її багато в моркві, капусті, гороху і, звісно, у грубих кормах. Цими ферментами обробили силос — і він став краще засвоюватися тваринами, у ньому побільшало цукрів; макарони — і вони почали засвоюватися набагато швидше. Після обробки ферментами краще засвоюються горох, квасоля та інші продукти. Виходячи з отриманих даних вчені-мікологи замислюються над ще складнішим завданням — як за допомогою ферментів змінити процес роботи гідролізних заводів, де з деревини отримують спирт та кормові дріжджі. Тоді не буде потрібно кислот, пара і весь процес піде при кімнатній температурі. Але де взяти фермент? Який трутовик вибрати? Поки зупинилися на облямованому трутовику. Гриб дає чудовий фермент, але мало.
Кількість ферментів у грибах підпорядковується загальному правилу. Чим більш спеціально пристосований до певного субстрату вид (наприклад, мухомор, що росте на ґрунті хвойних та змішаних лісів), тим меншою кількістю ферментів він має (у мухомору їх не більше чотирьох). Багато нижчі гриби, що вражають велику кількість субстратів, і вищі, дереворуйнівні (трутовики, глива), яким доводиться знаходити провіант у складних з'єднаннях деревини, мають досить великий асортимент ферментів. Цим пояснюється той факт, що виділені з природного середовища росту гриби добре розвиваються вштучних умов у наукових лабораторіях. Тут вони ростуть у так званій чистій культурі.
Поживні речовини гриби засвоюють із залишків рослинного чи тваринного походження (сапротрофні, або сапрофітні, види) або ж із тканин живих організмів (паразитні види). Багато грибів контактують з корінням вищих рослин, одержуючи від нього органічні речовини. Рослини, у свою чергу, за допомогою гриба одержують із ґрунту воду, мінеральні солі тощо. д. Такі взаємовигідні зв'язки організмів отримали назву симбіотичних, а зв'язки грибів із вищими рослинами називають ще мікоризними. Більшість їстівних грибів належить до мікоризних.
Основним продуктом харчування грибів є вуглеводи, зокрема прості цукру, вищі спирти та багатоосновні кислоти, які вони використовують для побудови тіла та як джерело енергії. Такий важливий елемент, як азот, більшістю видів засвоюється як з неорганічних, так і з органічних сполук. До необхідних елементів харчування грибів належать калій, магній, залізо, цинк, сірка, фосфор, марганець, мідь, скандій, молібден, галій, ванадій. Деякі з названих елементів посилюють дію ферментів, а деякі входять до складу молекул. Для нормальної життєдіяльності грибам необхідні також вітаміни та ростові речовини (біотин, інозит, піридоксин, нікотинова та пантотенова кислоти). За відсутності цих речовин уповільнюється чи припиняється зростання грибів.
Ферменти у роботі
За характером своєї діяльності ферменти поділяються кілька груп. Перша група включає ферменти так званої гідролітичної дії. Воно проявляється у наступному. Команда з кількох ферментів розщеплює будь-яку речовину, одночасно приєднуючи до його молекул воду. Кінцевий результат такийроботи - розрідження цієї речовини. Характерним прикладом може бути картина розвитку будь-якого гриба лежить на поверхні желатину. Верхній шар желатину розпливається калюжкою від розчинення його твердих складових матеріалів-білків. Таким слідом зазвичай відзначаються ферменти-протеази.
Протеази, протеїнази, протеолітичні ферменти - ферменти класу гідролаз, які розщеплюють пептидний зв'язок між амінокислотами в білках.
Протеази можуть бути розділені на дві основні групи: екзопептидази (відщеплюють амінокислоти від кінця пептиду) та ендопептидази (розщеплюючі пептидні зв'язки всередині пептидного ланцюга). Ендопептидази знайшли ширше промислове застосування, ніж екзопептидази. Так само пептидази класифікують за оптимумом рН роботи ферменту (кислі, лужні або нейтральні протеїнази), за субстратною специфічністю (колагенази, кератинази, еластазу та ін), і за їх гомології з добре вивченими білками (трипсино-подібні, пепсино-подібні). Класифікація за будовою активного центру протеаз включає:
- серинові протеази (тріпсин хімотрипсин, субтилізин, протеїназа К); - аспартатні протеази (пепсин, ренін, мікробні аспартатні протеази); - цистеїнові протеази (папаїн, фіцин, бромелаїн); - металопротеази (колагеназа, еластаза, термолізин).
Серинові протеази (серинові ендопептидази) - ферменти, здатні розрізати білки розсіченням пептидних зв'язків і від інших протеаз наявністю у своєму активному центрі амінокислоти серину. Серинові протеази містяться як у багатоклітинних, так і в одноклітинних організмах, вони є як у еукаріотів, так і у прокаріотів. Їх поділяють на клани по особливостям структури, а клани, своєю чергою, поділяються на сімейства, члени яких мають схожі послідовності. Протеолітичні ферменти можуть бути отримані з рослинних (папаїн, фіцин та ін), тварин (трипсин, ренін та ін) джерел та мікроорганізмів. Серед мікроорганізмів, основними продуцентами є бактерії, представники пологів Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas та мікроскопічні гриби пологів Aspergillus, Mucor, Penicillium та ін.
Жири також зазнають впливу грибів. У цьому «необхідні повноваження» делегуються ферментам — липазам. Ліпаза (англ. Lipase), іноді Стеапсин (англ. steapsin) - водорозчинний фермент, який каталізує гідроліз нерозчинних естерів - ліпідних субстратів, допомагаючи перетравлювати, розчиняти і фракціонувати жири. Більшість ліпаз діє на специфічний фрагмент гліцеринового скелета в ліпідному субстраті (A1, A2 або A3). Ліпаза разом з жовчю перетравлює жири та жирні кислоти, а також жиророзчинні вітаміни A, D, E, K, перетворюючи їх на тепло та енергію. Ліпопротеїнліпаза розщеплює ліпіди (тригліцериди) у складі ліпопротеїнів крові та забезпечує таким чином доставку жирних кислот до тканин організму. Їхній контакт із жирами закінчується «повною втратою обличчя» останніх, змушених «погодитися» на перетворення на рідку емульсію. Серед гідролізуючих ферментів грибів особливий інтерес представляють уреази. Вони орієнтовані розкладання сечовини. Сечовина накопичується у грибних тканинах як відкид. Причому це відбувається у разі посиленого харчування грибницею азотистими речовинами і натомість вуглеводного голодування. Як тільки в живильному середовищі з'являється достатня кількість вуглеводів, грибниця починає поглинати їх у надлишку, ігноруючи при цьому азотовмісні елементи живлення. Необхідний для обміну речовин азот за допомогою уреазу витягується з сечовини і тут же поглинається.
Ферменти класуоксидоредуктаз; широко поширені у природі, каталізують у живих клітинах окислювально-відновні реакції, у яких акцептором водню служить кисень повітря. При перенесенні на O2 водню від субстрату, що окислюється, утворюється вода (H2O) або перекис водню (H2O2) За структурою одні Оксидіази — металоферменти (так, тирозиназа, аскорбінатоксидаза містять мідь), інші — флавопротеїди (наприклад, глюкозооксидаза). Вони сприяє окисленню (розкладанню) накопичених грибницею запасних речовин. Внаслідок цього виробляється необхідна енергія для прояву життєдіяльності грибних клітин. Діяльність цих ферментів нагадує пічку, що спалює паливо. Тепло, що утворюється при цьому, розігріває задубілі члени, надаючи їм тим самим можливість рухатися. Типові представники ферментів-оксидаз - лакказу та пероксидазу. У рослинному світі лакказу трапляється, наприклад, у соку лакового дерева. Завдяки їй цей сік швидко твердіє та темніє, утворюючи такий відомий матеріал, як японський лак. Ще одна група ферментів - зимази - бере активну участь у процесі дихання грибів. Тому найчастіше їх називають дихальними ферментами. Ці ферменти за наявності кисню перетворюють накопичений у грибниці цукор у вуглекислоту та воду. Перелічені три групи ферментів вважаються основними у грибів. Кожна з них несе свою функцію та призначення.