الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء

مقدمة

العلوم المتكاملة — الصف الأول الثانوي — الفصل الدراسي الأول — النظم البيئية واستدامة الحياة

🌳 شجرة المفاهيم

الوحدة الأولى←النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء

├── 1. لماذا يُعدّ الماء ضروريًا للحياة؟ (تمهيد)

├── 2.1 مكونات الخلية الحية

├── 2.2 توزيع الماء في جسم الثدييات

├── 3. الخلية: الوحدة التركيبية والوظيفية للحياة

├── 3.1 بدائيات النواة وحقيقيات النواة

├── 3.2 ممالك حقيقيات النواة الأربع

├── 3.4 أجزاء الخلية ودور الماء في كل منها

├── 4. أهمية الماء للكائن الحي

├── 5. الماء والتمثيل الغذائي (الأيض)

├── 6.1 طاقة التنشيط

├── 6.2 العوامل المحفزة والإنزيمات

├── 6.3 تأثير درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني

├── 6.4 عوامل أخرى

├── 7.1 انتقال المواد عبر الغشاء البلازمي

├── 7.2 نتائج بيولوجية أخرى لخواص الماء

├── 7.3 الطاقة والماء: جزيء ATP

├── 7.4 تجارب بسيطة على الإنزيمات (الهدف والطريقة والنتيجة)

├── 8. ملخص

├── 9. أخطاء شائعة ونصائح للامتحان

├── 10. أسئلة للمراجعة الذاتية (إجاباتها في بنك الأسئلة)

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 1 / 22

لماذا يُعدّ الماء ضروريًا للحياة؟ (تمهيد)

درسنا في الدروس السابقة أن للماء خواص فريدة فجزيئه قطبي، وتربط بين جزيئاته روابط هيدروجينية، وهو مذيب ممتاز، وحرارته النوعية عالية، وحرارة تبخره الكامنة كبيرة، وكثافته تبلغ أقصاها عند 4°C.
في هذا الدرس ننتقل من الفيزياء والكيمياء إلى علم الأحياء لنرى كيف تعتمد العمليات الحيوية في جميع خلايا الكائنات الحية على هذه الخواص نفسها.
وسنجيب عن أربعة أسئلة:

ما نسبة الماء في أجسام الكائنات الحية، وأين يوجد؟
ما أنواع الخلايا وما مكوناتها، وما علاقة الماء بكل مكوّن منها؟
ما الأدوار العامة التي يؤديها الماء للكائن الحي؟
كيف يشارك الماء في عمليات الأيض (التمثيل الغذائي)، وكيف تجعل الإنزيمات هذه العمليات ممكنة عند درجة حرارة الجسم؟

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 2 / 22

مكونات الخلية الحية

تتكوّن خلايا الكائنات الحية من نوعين من الجزيئات:

جزيئات عضويةالكربوهيدرات والبروتينات والدهون (وكذلك الأحماض النووية).

جزيئات غير عضويةأهمها الماء والأملاح المعدنية.

الماء هو المادة الكيميائية الأكثر وفرة في الكائنات الحية.فهو يدخل في كل التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء العمليات الحيوية تقريبًا، ويوجد داخل الخلايا وخارجها على السواء.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 3 / 22

توزيع الماء في جسم الثدييات

في الثدييات تبلغ نسبة الماء نحو 70% من كتلة الجسم، وتتوزع هذه النسبة هكذا:

نحو 47% من كتلة الجسم موجود داخل الخلايا (السائل داخل الخلوي).
نحو 23% من كتلة الجسم موجود خارج الخلايا، في بلازما الدم وفي سوائل الجسم الأخرى كالليمف والسائل النسيجي والسائل المخي الشوكي.

تحقق 47% + 23% = 70% .
وانتبه إلى أن هذه النسب محسوبة من كتلة الجسم كله، لا من كتلة الماء وحدها؛
فإذا أردت نصيب كل حيّز من ماء الجسم نفسه فإن الماء داخل الخلايا يساوي
47 ÷ 70 ≈ 67%

(ثلثان تقريبًا) والماء خارج الخلايا يساوي
23 ÷ 70 ≈ 33%

(الثلث).

وتختلف نسبة الماء من كائن إلى آخر ومن عضو إلى آخر.
فقنديل البحر يحتوي على نحو 95% ماءً، وثمرة الطماطم نحو 94%، والجنين البشري نحو 90%، والرجل البالغ نحو 60–65%، والمرأة البالغة نحو 50–55%، والعظم نحو 22% فقط، أما البذور الجافة فنسبة الماء فيها 5–15% وهذا ما يجعلها قادرة على الانتظار سنوات طويلة حتى يصلها الماء فتبدأ الإنبات.
المسألة. كتلة طالب 65 kg. باستخدام النسب السابقة أوجد كتلة الماء في الجسم كله وداخل الخلايا وخارجها.
الحل.

الماء الكلي = 0.70 × 65 = 45.5 kg
الماء داخل الخلايا = 0.47 × 65 = 30.55 kg
الماء خارج الخلايا = 0.23 × 65 = 14.95 kg

التحقق 30.55 + 14.95 = 45.5 ✔.
وبما أن كتلة اللتر الواحد من الماء 1 kg فإن في جسم هذا الطالب نحو 45.5 لترًا من الماء.
المسألة.
رياضي كتلته 70 kg فقد 2.8 kg من كتلته عرقًا أثناء مباراة.
ما النسبة المئوية لما فقده من كتلة جسمه؟
وماذا نتوقع أن يشعر به؟

الحل. النسبة =
2.8 ÷ 70 × 100 =4%

.
فقدان 1–2% من كتلة الجسم ماءً يسبب العطش وضعف التركيز، وعند نحو 5% يظهر التعب والصداع وسرعة النبض.
إذن هو قريب من هذا الحد ويجب أن يشرب ماءً يعوّض ما فقده (نحو 4 لترات أو أكثر قليلًا على فترة من الوقت) مع قدر من الأملاح لأن العرق يحمل أيونات مع الماء.

الماء المفقود (% من كتلة الجسم)	الأثر المتوقع
1–2%	عطش وضعف في التركيز
5%	تعب وصداع وزيادة سرعة النبض
10%	دوار وإجهاد للكلى وخطر على الصحة
15–20%	غالبًا يؤدي إلى الوفاة

ويفقد الإنسان البالغ يوميًا نحو 2–3 لترات من الماء (البول نحو 1.5 لتر
والعرق نحو نصف لتر أو أكثر كثيرًا في الجو الحار
والزفير نحو 0.4 لتر
والبراز نحو 0.1 لتر) ويعوّضها بالشرب والطعام و«الماء الأيضي» الناتج عن التنفس الخلوي.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 4 / 22

الخلية: الوحدة التركيبية والوظيفية للحياة

إذا فككنا كائنًا حيًا إلى مستوياته الدقيقة فإن أصغر مكوّن مستقل نصل إليه هو الخلية (Cell).
والخلية هي الوحدة التركيبية والوظيفية لجميع الكائنات الحية تركيبية لأن أجسام الكائنات تُبنى منها، ووظيفية لأن كل وظائف الحياة (التغذية والتنفس والإخراج والنمو والتكاثر) تحدث داخلها.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 5 / 22

بدائيات النواة وحقيقيات النواة

تحتوي معظم الخلايا الحية على مادة وراثية
وتُصنَّف الكائنات الحية بحسب موضع هذه المادة إلى:

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
بدائيات النواة (Prokaryotes)	المادة الوراثية فيها حرّة في السيتوبلازم وغير محاطة بغشاء نووي ولا توجد فيها عضيات محاطة بأغشية كالميتوكوندريا والبلاستيدات والشبكة الإندوبلازمية. ومن أمثلتها البكتيريا وهي كائنات وحيدة الخلية لها جدار خلوي (يحتوي على مادة البيبتيدوجليكان) يعطي الخلية شكلها وصلابتها	—	المادةالوراثيةفيهاالسيتوبلازم
حقيقيات النواة (Eukaryotes)		الميتوكوندريا والبلاستيدات	تحتويالخليةمحاطةبغشاء

وجه المقارنة	بدائيات النواة	حقيقيات النواة
المادة الوراثية	حرّة في السيتوبلازم، بلا غشاء نووي	داخل نواة محاطة بغشاء نووي
العضيات المحاطة بأغشية	غير موجودة	موجودة (ميتوكوندريا بلاستيدات شبكة إندوبلازمية …)
الحجم التقريبي	صغيرة (1–10 µm)	أكبر (10–100 µm)
أمثلة	البكتيريا	الطلائعيات والفطريات والنباتات والحيوانات

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 6 / 22

ممالك حقيقيات النواة الأربع

المملكة	أهم الصفات
الطلائعيات	غالبًا وحيدة الخلية أو متعددة الخلايا بسيطة، وغالبًا مائية؛ بعضها ذاتي التغذية مثل الطحالب الذهبية، وبعضها غير ذاتي التغذية مثل الأوليات الحيوانية (الأميبا)
الفطريات	في الغالب متعددة الخلايا (ما عدا الخميرة)؛ جدرانها الخلوية من الكيتين؛ غير ذاتية التغذية
النباتات	متعددة الخلايا ذاتية التغذية؛ جدرانها من السليلوز؛ تقوم بالبناء الضوئي لتصنع غذاءها
الحيوانات	متعددة الخلايا غير ذاتية التغذية، بلا جدران خلوية، غالبًا قادرة على الحركة، وتعتمد على أجهزة عضوية معقدة للبقاء

وتنقسم الحيوانات إلى:

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
لافقاريات	(بلا عمود فقري): الإسفنجيات واللاسعات (	قنديل البحر) والديدان والمفصليات (مثل الحشرات) والرخويات (مثل الحلزون والمحار) وشوكيات الجلد (مثل نجم البحر)	عمودفقريالإسفنجياتواللاسعات
فقاريات	(لها عمود فقري): الأسماك والبرمائيات والزواحف والطيور والثدييات ومنها الإنسان	—	عمودفقريالأسماكوالبرمائيات

المسألة. صنِّف كلًّا من الكائنات الآتية إلى بدائي أو حقيقي النواة وحدد مملكته إن أمكن:
(أ) كائن وحيد الخلية، مادته الوراثية حرة في السيتوبلازم، له جدار خلوي ولا يحتوي ميتوكوندريا.
(ب) كائن وحيد الخلية مائي له نواة محاطة بغشاء وصبغات ذهبية يقوم بالبناء الضوئي.
(ج) كائن متعدد الخلايا جدره من الكيتين ويمتص غذاءه من وسطه.

الحل. (أ) بدائي النواة (بكتيريا) لعدم وجود غشاء نووي ولا عضيات غشائية.
(ب) حقيقي النواة من مملكة الطلائعيات (طحلب ذهبي)، فهو وحيد الخلية مائي ذاتي التغذية.
(ج) حقيقي النواة من مملكة الفطريات لأن جدره من الكيتين وتغذيته غير ذاتية.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 7 / 22

أجزاء الخلية ودور الماء في كل منها

الجزء	التركيب والوظيفة	علاقته بالماء
1. جدار الخلية (في النباتات والفطريات والبكتيريا)	جدار سميك (من السليلوز في النبات) يحيط بالخلية من الخارج ويحدد شكلها ويحمي مكوناتها	جدار السليلوز منفذ للماء والأملاح الذائبة، فيصل الماء والمعادن إلى الغشاء بحرية
2. غشاء الخلية (الغشاء البلازمي)	غشاء رقيق شبه منفذ يحيط بالخلية في كل الكائنات الحية، يفصل محتوياتها عن الوسط المحيط، وينظم دخول المواد وخروجها	يعبره الماء بالخاصية الأسموزية (الدرس 1-4)
3. السيتوبلازم	مادة هلامية يتكون معظمها من الماء، وفيها مواد كيميائية مهمة لبقاء الخلية	وسط معظم التفاعلات الكيميائية ويحفظ شكل الخلية وضغطها الداخلي
4. النواة	تحتوي على المادة الوراثية التي تحدد صفات الكائن وتتحكم في أنشطة الخلية تقع في وسط الخلية الحيوانية غالبًا	تسبح في سائل مائي (العصارة النووية) فتبقى المادة الوراثية رطبة قادرة على أداء عملها
5. البلاستيدات الخضراء (في الخلايا النباتية)	تحتوي على الكلوروفيل وفيها يتم البناء الضوئي	الماء مادة خام في البناء الضوئي
6. الفجوات العصارية	تخزن الغذاء والماء والأملاح الزائدة؛ كبيرة وقليلة العدد في وسط الخلية النباتية، صغيرة وكثيرة العدد في الخلية الحيوانية	الفجوة الكبيرة معظمها ماء وبها تبقى الخلية النباتية منتفخة (متوترة)
7. الميتوكوندريا	عضيات هي مراكز إنتاج الطاقة (ATP) بالتنفس الخلوي	ينتج التنفس الخلوي ماءً وثاني أكسيد الكربون من الجلوكوز والأكسجين
8. الشبكة الإندوبلازمية	مجموعة أغشية تنقل المواد المختلفة من مكان إلى آخر داخل الخلية	تحمل المواد بداخلها في سائل مائي

الفرق بين الخلية النباتية والحيوانية:

الخلية النباتية لها جدار خلوي من السليلوز وبلاستيدات خضراء وفجوة عصارية كبيرة مركزية، أما الحيوانية فليس لها جدار ولا بلاستيدات، وفجواتها صغيرة وكثيرة، ونواتها غالبًا في المركز.
وتشترك الخليتان في الغشاء البلازمي والسيتوبلازم والنواة والميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 8 / 22

أهمية الماء للكائن الحي

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
•	يؤدي الماء للكائن الحي أربعة أدوار رئيسة	—	يؤديالماءللكائنالحي
أولًا: مذيب عام.	يعمل الماء كمذيب ممتاز يسمح بحدوث التفاعلات الكيميائية الحيوية لأنه يذيب الأملاح المعدنية والعناصر الغذائية ويحمل الغازات	الأكسجين وثاني أكسيد الكربون لتسهيل نقلها داخل الكائن ويساعد على التخلص من الفضلات (كاليوريا والأملاح الزائدة) إلى خارج الجسم	يعملالماءكمذيبممتاز
ثانيًا: المكوّن الأساسي للسيتوبلازم.	وجود الماء داخل الخلية يحفظ لها شكلها وبنيتها ويخلق ضغطًا داخليًا يقاوم الضغط الناتج عن القوى الخارجية المحيطة بالخلية ويُسهم في نجاح العمليات الكيميائية الحيوية بداخلها ويتيح للعضيات أن تؤدي وظائفها	—	وجودالماءداخلالخلية
ثالثًا	ثبات درجة حرارة الجسم	—	ثباتدرجةحرارةالجسم

بسبب الحرارة النوعية المرتفعة للماء تمتص أجسام الكائنات كمية كبيرة من الحرارة أو تطلقها مع تغيّر بسيط في درجة حرارتها، فتبقى درجة الحرارة الداخلية مستقرة رغم تقلبات الوسط الخارجي.
ويضاف إلى ذلك أن الحرارة الكامنة العالية للتبخر تجعل العرق والنتح وسيلتين فعّالتين للتبريد.
رابعًا: التوازن الداخلي والأيض. يشارك الماء مباشرة في عمليات الأيض التي تتوقف عليها حياة الكائن، ويدعم الأنشطة الكيميائية المعقدة للحياة.
ومن الأدوار الأخرى المتفرعة عنها الدعم والإسناد (انتفاخ الخلايا النباتية، والهيكل المائي في الديدان وقنديل البحر)، والتزليق (الدموع واللعاب والسائل بين المفاصل)، وحماية الأعضاء الحساسة (السائل المحيط بالجنين والسائل المخي الشوكي)، وتوفير موطن لكثير من الكائنات.

الإجابة النموذجية. لأن الماء يشكل معظم كتلة الجسم، وللماء حرارة نوعية مرتفعة بسبب الروابط الهيدروجينية بين جزيئاته، فيحتاج رفع درجة حرارة الجسم درجة واحدة إلى كمية كبيرة من الحرارة.
وعند ارتفاع حرارة الوسط أو انخفاضها يمتص ماء الجسم أو يطلق كمية كبيرة من الحرارة بتغير بسيط في درجته.
كما أن ارتفاع الحرارة الكامنة لتبخر الماء يجعل تبخر العرق يسحب كمية كبيرة من الحرارة من الجسم فيبرّده.

المسألة. جسم كتلته 60 kg، 65% منه ماء، والحرارة النوعية للماء 4.18 J/g· K.
كم جول يمتصه ماء الجسم حتى ترتفع حرارته 1.5°C؟
(أهمل مكونات الجسم الأخرى.)

الحل. كتلة الماء =
0.65 × 60 = 39 kg = 39000 g.
Q = m × c × Δ T = 39000 × 4.18 × 1.5 =244 530 J ≈ 2.45 × 10⁵ J
.

وهذه كمية كبيرة؛

ولذلك تتغير حرارة الجسم ببطء حتى لو تغيّر ما حوله سريعًا.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 9 / 22

الماء والتمثيل الغذائي (الأيض)

تتوقف حياة الكائنات الحية على مجموعة من التفاعلات البيوكيميائية المستمرة التي تحدث داخل خلاياها في وجود الماء.
ويُطلق على مجموع هذه التفاعلات اسم الأيض (التمثيل الغذائي، Metabolism)، وتنقسم إلى نوعين:

(أ) عمليات الهدم (Catabolism). يتم فيها تكسير الروابط الكيميائية بين ذرات الجزيئات المعقدة لإطلاق الطاقة المخزنة فيها.
ومثالها تكسير سكر الجلوكوز في التنفس الخلوي إلى ثاني أكسيد الكربون وماء مع إنتاج طاقة:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + طاقة (تُخزَّن معظمها في ATP ويتحرر جزء منها حرارةً)

(ب) عمليات البناء (Anabolism). تُكوَّن فيها جزيئات كبيرة ومعقدة من جزيئات بسيطة مع استهلاك طاقة.
ومن أمثلتها البناء الضوئي وبناء البروتينات من الأحماض الأمينية:
6CO₂ + 6H₂O + طاقة ضوئية → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (في البلاستيدات الخضراء بوجود الكلوروفيل)
أمينو + أمينو → ثنائي ببتيد + H₂O (يتحرر جزيء ماء عند تكوّن كل رابطة ببتيدية؛ وعكس ذلك، أي هضم البروتين، يستهلك ماءً ويسمى التحلل المائي).
يظهر الماء إذن متفاعلًا في بعض التفاعلات (البناء الضوئي، التحلل المائي أثناء الهضم) وناتجًا في أخرى (التنفس الخلوي، تكوين الروابط الببتيدية)، وفي الحالتين تجري التفاعلات في محلول مائي.

وجه المقارنة	الهدم	البناء
اتجاه التفاعل	معقد ← بسيط	بسيط ← معقد
الطاقة	تتحرر	تُستهلك
مثال	تنفس الجلوكوز	البناء الضوئي وبناء البروتين
دور الماء	ينتج (في التنفس) أو يُستهلك (في الهضم)	يُستهلك (في البناء الضوئي) أو ينتج (في تكوين الرابطة الببتيدية)

ملاحظة←البناء والهدم مرتبطان؛ فالطاقة التي يُنتجها الهدم تُستخدم في البناء، وبذلك تتوازن الخلية.

المسألة. احسب كتلة الأكسجين المستهلك وكتلتي CO₂ والماء الناتجين عند أكسدة 90 g من الجلوكوز أكسدة كاملة في التنفس.

(C = 12، H = 1، O = 16؛

الكتلة المولية للجلوكوز = 180 g/mol.)

الحل.

عدد مولات الجلوكوز =

90 ÷ 180 = 0.5 mol.
من المعادلة 1 mol جلوكوز يستهلك 6 mol O₂ وينتج 6 mol CO₂ و6 mol H₂O.

O₂ المستهلك =
0.5 × 6 = 3 mol × 32 =96 g
CO₂ الناتج =
3 mol × 44 =132 g
H₂O الناتج =
3 mol × 18 =54 g

التحقق من حفظ الكتلة 90 + 96 = 186 g = 132 + 54 ✔.
ويسمى هذا الماء «الماء الأيضي»، وهو مصدر مهم لبعض الحيوانات الصحراوية.
المسألة. امتصت نباتات بحيرة 88 g من CO₂ أثناء البناء الضوئي. احسب كتلة الجلوكوز الناتج والأكسجين المنطلق والماء المستهلك.

الحل. عدد مولات
CO₂ = 88 ÷ 44 = 2 mol

.
كل 6 mol CO₂ تعطي 1 mol جلوكوز، إذن n(جلوكوز) =
2 ÷ 6 = 0.333 mol

، وكتلته =
0.333 × 180 =60 g

.
الأكسجين المنطلق =
2 mol × 32 =64 g

، والماء المستهلك =
2 mol × 18 =36 g

.
التحقق 88 + 36 = 124 g = 60 + 64 ✔.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 10 / 22

طاقة التنشيط

لكي تبدأ عمليات الأيض في الخلية تحتاج إلى طاقة تنشيط.
وطاقة التنشيط (Activation Energy) هي الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء التفاعل الكيميائي، أي لكسر الروابط الأولى وتكوين الحالة الانتقالية غير المستقرة.
وطاقة التنشيط لمعظم التفاعلات الحيوية عالية جدًا بحيث لا يحدث التفاعل عند حرارة الجسم (نحو 37°C في الإنسان) إذا تُرك بلا مساعد.
ولا يمكن حل المشكلة برفع حرارة الخلية لأن ذلك يدمّرها؛
لذلك تعتمد الخلية على مواد تخفض طاقة التنشيط.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 11 / 22

العوامل المحفزة والإنزيمات

تسمى المواد التي تخفض طاقة التنشيط اللازمة لبدء التفاعل عوامل محفّزة (أو منشِّطة). وفي الخلايا الحية تقوم بهذا الدور الإنزيمات.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
الإنزيمات	مواد بروتينية تزيد سرعة التفاعلات الكيميائية في خلايا الكائنات الحية (بملايين المرات أحيانًا)	موادبروتينيةتزيدسرعة
تعمل الإنزيمات بآلية «القفل والمفتاح»	الموقع النشط للإنزيم (تجويف له شكل محدد) يرتبط تحديدًا بالمادة التي يؤثر عليها (مادة التفاعل أو المادة المتفاعلة) كما يناسب المفتاح قفله فيتكوّن معقد الإنزيم ومادة التفاعل (مركب وسطي) ثم تتحول مادة التفاعل إلى نواتج بكفاءة أكبر وتغادر الموقع النشط	الموقعالنشطللإنزيمتجويف
بعد التفاعل يبقى الإنزيم دون تغيير	وجاهزًا لتحفيز تفاعل آخر من النوع نفسه فالإنزيم لا يُستهلك	وجاهزلتحفيزالنوعنفسه

وبسبب تخصص شكل الموقع النشط يعمل كل إنزيم على مادة تفاعل واحدة أو مجموعة متشابهة جدًا من المواد؛
فإنزيم الأميليز يهضم النشا، والبروتيز يهضم البروتين، والليبيز يهضم الدهون، والكاتاليز يفكك فوق أكسيد الهيدروجين: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂.
نكتب التفاعل بالرموز إنزيم + مادة تفاعل ⇌ معقد (إنزيم–مادة تفاعل) → إنزيم + نواتج.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 12 / 22

تأثير درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني

لكل إنزيم درجة حرارة مناسبة ودرجة حموضة مثالية (رقم هيدروجيني pH) يعمل عندهما بأقصى فاعلية.
وإذا ابتعدت درجة الحرارة أو الـ pH بالزيادة أو النقصان عن قيمتيهما المثاليتين يقل نشاط الإنزيم تدريجيًا إلى أن يتوقف تمامًا.
ويكون منحنى النشاط على هيئة جرس يرتفع المعدل مع ارتفاع الحرارة حتى القيمة المثلى ثم ينخفض بسرعة.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
انخفاض الحرارة	يبطئ حركة الجزيئات فتقل التصادمات لكن الإنزيم لا يتلف ويعود نشاطه عند التسخين	يبطئحركةالجزيئاتفتقل
ارتفاع الحرارة كثيرًا	(فوق نحو 45–50°C في إنزيمات الإنسان) يكسر الروابط الضعيفة التي تحفظ الشكل الثلاثي الأبعاد للإنزيم فيتشوه الموقع النشط ويحدث تمسخ (denaturation) وهو فقدان دائم للنشاط	إنزيماتالإنسانيكسرالروابط
الرقم الهيدروجيني المتطرف	له أثر مماثل. فالمثلى في معظم إنزيمات الجسم قرابة pH 7.4 لكن إنزيم البيبسين في المعدة يعمل أفضل عند pH 2 تقريبًا وإنزيم الأميليز البنكرياسي عند pH 7–8	مماثلفالمثلىمعظمإنزيمات

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 13 / 22

عوامل أخرى

يتأثر معدل التفاعل الإنزيمي أيضًا بتركيز مادة التفاعل (يزداد المعدل
يثبت عند امتلاء كل المواقع النشطة) وبتركيز الإنزيم
كما يلزم الماء لأن الإنزيم ومادة التفاعل يجب أن يكونا مذابين وحرّي الحركة ليتصادما.

المسألة. طاقة التنشيط لتفاعل 80 kJ/mol بدون إنزيم و30 kJ/mol بوجوده، ويطلق التفاعل 120 kJ/mol في المجمل.
(أ) بكم يخفض الإنزيم طاقة التنشيط؟
(ب) كم الطاقة المنطلقة بوجود الإنزيم؟
(ج) ما النسبة المئوية للانخفاض؟

الحل. (أ) 80 − 30 = 50 kJ/mol.
(ب) تبقى 120 kJ/mol لأن الإنزيم لا يغيّر الفرق بين طاقة المتفاعلات والنواتج، إنما يخفض الحاجز فقط.
(ج)
50 ÷ 80 × 100 =62.5%

.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
•	المسألة. كمية الناتج التي كوّنها إنزيم في 5 دقائق عند درجات حرارة مختلفة: 10°C: 4 mg	المسألةكميةالناتجإنزيم
20°C	10 mg
37°C	25 mg
50°C	6 mg
70°C	0 mg. (أ) أوجد معدل التفاعل عند 37°C. (ب) ما درجة الحرارة المثلى المرجحة؟	أوجدمعدلالتفاعلدرجة
•	(ج) لماذا يساوي المعدل صفرًا عند 70°C؟	لماذايساويالمعدل

الحل. (أ) المعدل = 25 ÷ 5 = 5 mg/min.
(ب) نحو 37°C لأنه عندها أكبر كمية ناتج.
(ج) لأن الإنزيم تمسخ (تحطم تركيبه البروتيني) وهذا التمسخ لا يمكن الرجوع عنه.

المسألة. معدل نشاط إنزيم (mg ناتج/min) عند تركيزات مختلفة لمادة التفاعل: 0.1 mol/L: 2؛

0.2: 4؛

0.4: 7؛

0.8: 9؛

1.6: 9.5؛

3.2: 9.6.
صف النمط وفسّره.

الحل. عند التراكيز المنخفضة يزداد المعدل تقريبًا بالتناسب مع التركيز، لأن جزيئات أكثر من مادة التفاعل تقابل مواقع نشطة أكثر.
ومن نحو 0.8 mol/L يثبت المعدل قرب 9.6 mg/min لأن كل المواقع النشطة للإنزيم صارت مشغولة (حالة تشبّع)، فلا تزيد إضافة مزيد من مادة التفاعل المعدل، ولا يزيده إلا زيادة كمية الإنزيم.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 14 / 22

انتقال المواد عبر الغشاء البلازمي

العملية	الاتجاه	هل تحتاج طاقة؟	الأمثلة ودور الماء
الانتشار	من التركيز الأعلى إلى الأقل	لا	الأكسجين وثاني أكسيد الكربون يعبران الأغشية الرطبة (الخياشيم الحويصلات الهوائية خلايا الورقة) ذائبين
الأسموزية	ينتقل الماء من المحلول المخفف إلى المركز عبر غشاء شبه منفذ	لا	امتصاص الجذور للماء؛ انتفاخ أو انكماش كريات الدم الحمراء (الدرس 1-4)
الانتشار الميسَّر	مع تدرج التركيز عبر بروتينات ناقلة	لا	الجلوكوز والأيونات وقنوات الماء
النقل النشط	عكس تدرج التركيز	نعم (ATP)	دخول الأيونات المعدنية إلى الجذور؛ إفراز الأملاح من خياشيم الأسماك (الدرس 1-6)

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 15 / 22

نتائج بيولوجية أخرى لخواص الماء

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
التماسك والالتصاق	(بفعل الروابط الهيدروجينية): تتماسك جزيئات الماء معًا وتلتصق بجدران أوعية الخشب فيصعد الماء في الأشجار العالية	بفعلالروابطالهيدروجينيةتتماسك
التوتر السطحي	تمشي حشرات كالحشرة الزلاجة على سطح الماء ويحمي الغشاء السطحي كائنات صغيرة	تمشيحشراتكالحشرةالزلاجة
الشفافية	يصل الضوء إلى الطحالب والنباتات تحت الماء (الدرس 1-7)	الضوءالطحالبوالنباتاتالماء
التزليق والوقاية	الدموع واللعاب والسائل المفصلي والسائل الأمنيوسي والسائل المخي الشوكي	الدموعواللعابوالسائلالمفصلي
الدعم	يقف النبات منتفخًا بالماء وتستعمل الديدان وقنديل البحر ضغط الماء هيكلًا وتسند طفوية الماء الحيتان الضخمة	النباتمنتفخبالماءوتستعمل

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 16 / 22

الطاقة والماء: جزيء ATP

الطاقة المنطلقة من الهدم تُخزَّن في ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) وهو «عملة الطاقة» في الخلية، ويُصنَّع معظمه في الميتوكوندريا.
وحين تحتاج الخلية إلى طاقة يتحلل ATP بالتحلل المائي مستهلكًا ماءً:

ATP + H₂O → ADP + فوسفات + نحو 30.5 kJ/mol

ثم يُعاد بناء ATP بطاقة التنفس. ويدوّر جسم الإنسان يوميًا كمية من ATP تقارب كتلة جسمه (50–70 kg).

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 17 / 22

تجارب بسيطة على الإنزيمات (الهدف والطريقة والنتيجة)

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
إنزيم الكاتاليز في الكبد أو البطاطس.	الهدف: بيان أن الإنزيم يسرّع تفكك فوق أكسيد الهيدروجين. الطريقة: ضع محلول فوق أكسيد الهيدروجين في ثلاثة أنابيب وأضف إلى الأول قطعة كبد طازجة وإلى الثاني كبدًا مسلوقًا وإلى الثالث رملًا (ضابط). النتيجة: فوران شديد (أكسجين) مع الكبد الطازج فقط. الاستنتاج: الكاتاليز بروتين محفّز يتلفه الغليان ويشتعل عود ثقاب متوهج في الغاز	الهدفبيانالإنزيمتفكك
أثر الحرارة في الأميليز.	الطريقة: امزج محلول نشا مع لعاب عند 0°C و37°C و70°C ثم اختبر العينات باليود بعد عشر دقائق. النتيجة: عينة 37°C لا تتحول إلى الأزرق المسود (النشا تحلل) أما عينتا 0°C و70°C فتبقيان زرقاوين (بطء في الأولى وتمسخ في الثانية). الاستنتاج: الحرارة المثلى قرب 37°C	الطريقةامزجمحلوللعاب

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 18 / 22

ملخص

الموضوع	أهم النقاط
الماء في الجسم	المادة الأكثر وفرة؛ نحو 70% من كتلة الثدييات: 47% داخل الخلايا و23% خارجها
أنواع الخلايا	بدائية النواة (بلا غشاء نووي كالبكتيريا) وحقيقية النواة (طلائعيات وفطريات ونباتات وحيوانات)
أجزاء الخلية	جدار غشاء بلازمي سيتوبلازم نواة بلاستيدات فجوات ميتوكوندريا شبكة إندوبلازمية
أدوار الماء	مذيب ونقل مكوّن السيتوبلازم ثبات الحرارة المشاركة في الأيض
الأيض	هدم (يحرر طاقة كالتنفس) وبناء (يستهلك طاقة كالبناء الضوئي)
الإنزيمات	بروتينات محفزة تخفض طاقة التنشيط، آلية القفل والمفتاح، لا تُستهلك، لها حرارة وpH مثاليان

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 19 / 22

أخطاء شائعة ونصائح للامتحان

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
القول بأن الماء «يخزن الطاقة»	الماء لا يخزن طاقة كيميائية إنما هو وسط التفاعلات ومتفاعل في بعضها	كيميائيةإنماالتفاعلاتومتفاعل
الخلط بين الهدم والبناء	الهدم تكسير وتحرير طاقة البناء تكوين واستهلاك طاقة	تكسيروتحريرطاقةتكوين
القول بأن الحرارة العالية «تقتل» الإنزيم	الصحيح أنها تمسخه (فهو مادة كيميائية وليس كائنًا حيًا)	الصحيحأنهاتمسخهمادة
•	الاعتقاد بأن الإنزيمات تُستهلك في التفاعل بل تبقى دون تغيير	الاعتقادالإنزيماتستهلكالتفاعل
•	كتابة أن الجدار الخلوي موجود في الخلية الحيوانية الصواب أنه في النبات والفطريات والبكتيريا	كتابةالجدارالخلويموجود
القول بأن كل الخلايا لها نواة	بدائيات النواة لها مادة وراثية لكن بلا غشاء نووي	بدائياتالنواةمادةوراثية
•	حساب النسب المئوية للماء من «كتلة الماء» بدل «كتلة الجسم» (نسب 47% و23% و70% كلها من كتلة الجسم)	حسابالنسبالمئويةللماء
عند حل مسائل التنفس والبناء الضوئي	رتّب الموازنة أولًا (1 : 6 : 6 : 6) ثم حوّل الكتلة إلى مولات	الموازنةالكتلةمولات

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 20 / 22

أسئلة للمراجعة الذاتية (إجاباتها في بنك الأسئلة)

اذكر نسبة الماء في جسم الثدييات وتوزيعها بين داخل الخلايا وخارجها.
قارن بين الخلية بدائية النواة وحقيقية النواة.
اذكر ثلاثة أجزاء من الخلية النباتية لا توجد في الخلية الحيوانية.
وضّح دور الماء كمذيب وكمكوّن للسيتوبلازم.
ما الفرق بين عمليات الهدم وعمليات البناء مع مثال لكل منهما؟
ما طاقة التنشيط، وكيف تخفضها الإنزيمات؟
اشرح آلية القفل والمفتاح، ولماذا لا يُستهلك الإنزيم؟
فسّر توقف نشاط الإنزيم عند ارتفاع الحرارة كثيرًا.

.egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#1e1b4b}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#1e1b4b}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}

اختبر نفسك على هذا الدرس

تم توزيع أسئلة بنك الدرس على نقاط الشرح أعلاه
وكل نقطة تحتها أسئلتها. ولحل البنك كاملًا في صفحة واحدة:

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدرس 1-5: الأهمية البيولوجية للماء · 21 / 22