Разложение целлюлозы.

Эффективный гидролиз целлюлозы требует взаимодействия не­скольких гидролаз, и поэтому организмы секретируют разные эн-доглюканазы и экзоглюканазы (целлобиогидролазы). Целлюлазная система целлюлолитических организмов всегда ассоциирована с другими гидролазами полисахаридов, особенно ксиланазами.

Целлюлазы содержат два домена: каталитический и связываю­щий. Целлюлозосвязывающий домен обеспечивает связывание с цел­люлозой. У грибов он содержит 33-36 аминокислот и очень консер­вативен. У бактерий этот домен варьирует и обнаруживается в целлюлазах, ксиланазах, хитиназах; он содержит около сотни ами­нокислот, у бацилл и клостридий - 130-170 аминокислот. От этого домена зависит специфичность энзима по отношению к форме поли­сахарида. Другим компонентом целлюлаз служит участок, обеспе­чивающий связь с клеткой целлюлозолитического организма, обычно богатый пролином.

Синергическое действие растворимых целлюлаз приводит к то­му, что смесь ферментов имеет более высокую активность, чем сумма их активностей. Предложено следующее объяснение синергическому усилению действия. Эндоглюканазы разрывают целлюлозную цепочку в местах нарушения кристаллической структуры. В этих разрывах появляются точки приложения для экзоглюканаз (или

11

Щ

I

целлобиогидролаз). Гидролиз концов кристаллических участков обнажает новые места нарушения кристаллической структуры. Гид­ролиз целлобиозы (3-глюкозидазой приводит к появлению глюкозы как конечного продукта, ингибирующего гидролазы. В этой схеме независимо действующие ферменты без взаимодействия белок-бе­лок усиливают кооперативное действие.

Разложение древесины ксилофагами.

Разложение древесины с ее последующей гумификацией пред­ставляет длительный процесс с участием разных групп организмов и их сменой по ходу разложения. Ведущую роль в разложении играют грибы-ксилотрофы, которым приписывается 90% разлагаемой дре­весины. Поэтому лес можно обозначить как древесно-грибную сис­тему. В распространении грибов большую роль играют насекомые-ксилофаги, осуществляющие механический перенос зародышей грибов. Мицелиальное строение грибов дает им большое преимуще­ство перед бактериями, которые не могут перемещаться в мертвой древесине и обычно следуют за гифами грибов, образуя микофильную группировку, в которой специальную роль играют азотфиксаторы.

Апикальный рост грибов обеспечивает их перемещение внутри плотного субстрата и позволяет им образовывать мицелиальную сеть с проникновением в полости сосудов и трахеид. Транспорт ве­ществ осуществляется внутри гиф гриба благодаря порам между клетками гифы и активному перемещению внутри клеток. У неко­торых грибов, как у опенка, есть "транспортные гифы" в ризоморфах. Вокруг гиф имеются слизистые чехлы, удерживающие внеклеточ­ные гидролазы в непосредственной близости от гиф и ограничиваю­щие рассеяние продуктов гидролиза.

Срубленная древесина подвергается побурению, связан­ному с автолитическими процессами (прелость). На следующей ста­дии (подпар) проникают грибы, осваивающие экстрактивные вещест­ва паренхимных клеток. Затем начинается развитие собственно кси-лотрофов в виде белых пятен на буром фоне (мраморная гниль). Эта стадия сменяется мягкой гнилью, когда древесина теряет прочность. Далее развиваются типичные сапротрофы валежника. Стадии эти протекают несколько лет. За ними следует гумификация уже разло­женной древесины. Колонизация пней достигает максимума в 2-5 лет.

Колонизация древесины грибами отличается от разложения от­дельных компонентов ее тем, что осуществляется в ткани растения и требует гистологического подхода. Разные типы грибов различа­ются по стратегии колонизации. Из мест инфекции грибы проходят по сердцевинным лучам и только оттуда проникают в остальную древесину. Переход от одной древесной клетки к другой происходит у грибов через простые, полуокаймленные и окаймленные поры клеток ксилемы с образованием канала для микрогиф механически или с помощью ферментов (грибы бурой гнили), или же путем рас­пространения в срединной пластинке (грибы белой гнили). Возбуди­тели деструктивных гнилей, разлагающие целлюлозу, проникают в клетки древесины из сердцевинных лучей отдельными разветвлен­ными гифами, а лигнинразрушающие грибы - пучком гиф, который затем обильно разветвляется. Затем такой гриб заполняет полость клетки густым переплетением гиф, причем мицелий иногда собира­ется в клубки. Поскольку разложение субстрата достигается дейст­вием экзоферментов, дающих усваиваемые грибом низкомолеку­лярные продукты, стратегия гриба состоит в том, чтобы не допус­тить их рассеяния из ближайшего окружения гриба. Крупные моле­кулы экзоферментов сорбируются на деградируемом субстрате и в рыхлой слизи; мелкие молекулы должны свободно диффундировать от места их образования к грибу, и поэтому локализация микрооби­тания внутри клетки и участка ткани оказывается выгодной, чтобы свести к минимуму рассеяние вовне. Стратегия сводится к созданию микроусловий на расстоянии быстрой молекулярной диффузии, т.е. в сотни микрон. Вторая задача связана с транспортом веществ вдоль мицелия гриба, представляющего целостный организм, а не отдельную клетку.