CBF | Lecture 52 - Dr Anonymous

📖 Friendly explanation as if talking to a friend

Slide 1

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن الـ DNA structure والـ chromatin organization، يعني إزاي الـ DNA مترتب ومنظم جوة الخلية. الـ DNA ده اللي هو الـ Deoxyribonucleic acid، ده زي الشفرة الوراثية اللي بتحدد صفاتك وشكلك وكل حاجة في جسمك.

تعال فهم بقى، الـ DNA مش بيكون سايح كده في الخلية، لأ ده بيكون ملفوف ومتنظم بشكل معين عشان يقدر يتخزن جوة النواة الصغيرة بتاعة الخلية. الترتيب والتنظيم ده اسمه الـ chromatin.

الـ chromatin ده عبارة عن الـ DNA ملفوف حوالين بروتينات اسمها الـ histones. الـ histones دي زي البكر اللي بيتلف حواليها الخيط، والـ DNA هو الخيط. لما الـ DNA يلف حوالين الـ histones بيعمل حاجة اسمها الـ nucleosome. الـ nucleosome ده زي الوحدة الأساسية اللي بتبني الـ chromatin.

بعد كده، الـ nucleosomes دي بتتجمع وتتراص جنب بعض عشان تعمل شكل أسمه الـ chromatin fiber. الـ chromatin fiber ده بيبقى شكله زي الخيط الرفيع، والخيط ده بيبدأ يتكثف ويتضغط أكتر عشان يكون الـ chromosome. الـ chromosomes دي اللي بتشوفها تحت الميكروسكوب لما الخلية بتنقسم.

دي نقطة مهمة قوي، الـ chromatin organization ده مش ثابت، يعني ممكن يكون مفكوك شوية (euchromatin) أو متكثف أوي (heterochromatin). الـ euchromatin ده بيكون فيه الـ DNA سهل الوصول إليه، وده بيسمح للخلية إنها تقرأ الـ genes الموجودة فيه وتستخدمها عشان تصنع البروتينات. أما الـ heterochromatin ده بيكون فيه الـ DNA صعب الوصول إليه، وده بيمنع الخلية إنها تقرأ الـ genes الموجودة فيه.

هقولك على حاجة كده، الـ chromatin organization ده بيتغير حسب احتياجات الخلية. يعني لو الخلية محتاجة تصنع بروتين معين، هتبدأ تفك الـ chromatin في المنطقة اللي فيها الـ gene المسؤول عن البروتين ده عشان تقدر تقراه وتصنع البروتين.

Slide 2

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن الـ DNA والكروماتين، ودي حاجات أساسية قوي في علم الوراثة.

أول حاجة، لازم نفهم الـ nucleoside والـ nucleotide. الـ nucleoside ده عبارة عن قاعدة نيتروجينية (زي الأدينين أو الجوانين أو السيتوزين أو الثايمين) ماسكة في سكر خماسي (ribose أو deoxyribose). الـ nucleotide بقى، ده الـ nucleoside بس ماسك فيه كمان مجموعة فوسفات. يعني nucleotide = nucleoside + phosphate group.

بعد كده، الـ nuclear DNA، وده الـ DNA اللي موجود جوه النواة بتاعة الخلية. الـ DNA ده بيكون ليه أشكال مختلفة، وأشهر شكل ليه هو الـ B form، وده الشكل اللي بيكون double helix، يعني حلزون مزدوج زي السلم اللي ملفوف. الـ double helix ده بيتكون من شريطين من الـ nucleotides مرتبطين ببعض عن طريق القواعد النيتروجينية، الأدينين بيرتبط بالثايمين، والجوانين بيرتبط بالسيتوزين.

تعال فهم بقى، الـ DNA ده بيكون ملفوف حوالين بروتينات اسمها histones، عشان يقدر يتعبى جوه النواة الصغيرة. لما الـ DNA يلف حوالين الـ histones، بيكون حاجة اسمها nucleosome، ودي زي الخرزة على سلسلة. الـ nucleosomes دي بتتجمع مع بعض وتعمل حاجة اسمها chromatin.

دي نقطة مهمة قوي، الـ chromatin ده ليه مستويات مختلفة من التكثف. يعني بيبدأ بـ nucleosomes، وبعدين الـ nucleosomes تتجمع وتعمل ألياف، والألياف دي تتلف وتعمل ألياف أسمك، وهكذا لحد ما نوصل للـ chromosome، وده الشكل اللي الـ DNA بيكون عليه أثناء انقسام الخلية.

هقولك على حاجة كده، الـ chromatin ده بيكون ليه نوعين: euchromatin و heterochromatin. الـ euchromatin ده بيكون مفكوك أكتر، وده بيسمح للجينات اللي فيه إنها تشتغل وتنتج بروتينات. أما الـ heterochromatin ده بيكون متكثف أكتر، وده بيخلي الجينات اللي فيه مش شغالة أو شغالة بصورة قليلة. يعني الـ euchromatin ده زي المصنع اللي شغال طول النهار، والـ heterochromatin ده زي المخزن اللي مقفول.

Slide 3

شوف يا صاحبي، الـ slide دي بتتكلم عن الفرق بين الـ Gene expression والـ DNA replication. تعال نفهم بقى كل واحدة فيهم بتعمل إيه بالظبط.

الـ Gene expression دي العملية اللي بتخلي الجسم ينتج كل الـ proteins اللي محتاجها. يعني ببساطة، هي اللي بتخلي الـ genes اللي موجودة في الـ DNA تتحول لـ proteins اللي بتشتغل في الجسم. دي زي مصنع بينتج حاجات مهمة عشان الجسم يشتغل كويس. العملية دي فيها حاجتين مهمين: الـ Transcription والـ Translation. الـ Transcription دي لما الـ DNA بيعمل نسخة RNA من جزء صغير من الـ chromosome، والـ RNA ده بياخد الأمر عشان يصنع الـ protein. حجم الجزء ده من الـ DNA بيكون في حدود 10⁴ إلى 10⁵ nucleotide pairs. الـ Transcription دي بتحصل جوة الـ nucleus طول الـ interphase. بعد كده، الـ Translation دي بتحصل في الـ cytoplasm، والـ RNA اللي اتنسخ ده بيترجم لـ protein. يعني الـ ribosome بياخد الـ RNA ده ويبني منه الـ protein. الـ Translation دي بتحصل طول الـ cell cycle.

أما الـ DNA replication، دي العملية اللي الـ DNA بيتضاعف فيها قبل الـ cell division. يعني لما الخلية هتنقسم لخليتين، لازم يكون عندها نسخة كاملة من الـ DNA عشان كل خلية جديدة تاخد نسخة سليمة. الـ DNA replication دي بتنسخ الـ chromosome كله، مش جزء صغير منه زي الـ Gene expression. حجم الـ chromosome الواحد بيكون كبير، حوالي 10⁸ nucleotide pairs. الـ DNA replication بتحصل في الـ nucleus بس بتحصل في مرحلة معينة بس، اسمها الـ S-phase.

يعني الخلاصة، الـ Gene expression بتنتج الـ proteins اللي الجسم محتاجها عشان يشتغل، والـ DNA replication بتضاعف الـ chromosomes عشان الخلية تقدر تنقسم. دي حاجة ودي حاجة تانية خالص.

Slide 4

شوف يا عم، الـ Cell Cycle دي عاملة زي دورة حياة الخلية، بتمر بمراحل عشان تنمو وتنقسم. أول مرحلة اسمها G1 phase (gap 1)، دي فترة نمو الخلية قبل ما الـ DNA يتصنع. يعني الخلية بتكبر وتجهز نفسها للمرحلة اللي جاية.

تعال فهم بقى، في خلايا مبتقدرش تنقسم تاني، زي خلايا العضلات و الأعصاب. الخلايا دي بتكون في حالة خاصة اسمها G0، كأنها خدت إجازة طويلة من الـ Cell Cycle.

بعد كده، تيجي الـ S phase (DNA synthesis)، ودي المرحلة اللي بيحصل فيها الـ DNA replication، يعني الـ DNA بيتضاعف. في نهاية المرحلة دي، كل chromosome بيكون عنده ضعف كمية الـ DNA، وبيبقى مكون من 2 sister chromatids متوصلين ببعض في منطقة اسمها الـ centromere.

أخيرًا، الـ G2 phase (gap 2)، دي فترة نمو تانية للخلية بعد ما الـ DNA اتضاعف، بس قبل ما تبدأ الـ mitosis (انقسام الخلية). في المرحلة دي، الخلية بتتأكد إن الـ DNA اللي اتضاعف سليم ومفيهوش أي أخطاء قبل ما تنقسم. دي نقطة مهمة قوي عشان لو فيه غلط، ممكن يعمل مشاكل بعدين.

يعني بالبلدي كده، الـ Cell Cycle عبارة عن G1، S، G2، وبعدين الـ M phase (اللي هي الـ mitosis). الـ G1، S، و G2 مع بعض بيتسموا الـ "Interphase".

Slide 5

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن استخدام الأدوية اللي بتعالج السرطان، ودي بنسميها chemotherapeutic agents. تعال فهم بقى، الأدوية دي بتشتغل عن طريق إنها بتستهدف مراحل معينة في دورة حياة الخلية، الـ cell cycle. يعني إيه؟ يعني الخلية عشان تنقسم وتتكاثر بتمر بمراحل، والأدوية دي بتوقف الخلية في مرحلة معينة عشان ماتعرفش تكمل وتتكاثر، وبالتالي نوقف نمو السرطان.

هقولك على حاجة كده، كل دوا بيشتغل على مرحلة معينة، ودي نقطة مهمة قوي.

* **S-phase:** دي المرحلة اللي الـ DNA بيتضاعف فيها. الأدوية اللي بتشتغل على المرحلة دي زي الـ methotrexate، والـ 5-fluorouracil، والـ hydroxyurea. تخيل الـ DNA ده زي كتاب، والأدوية دي بتمنع تصوير الكتاب ده.

* **G2 phase:** دي مرحلة بتيجي بعد الـ S-phase، والخلية بتجهز نفسها للانقسام. الـ bleomycin بيشتغل على المرحلة دي.

* **M phase:** دي مرحلة الانقسام نفسها، لما الخلية بتنقسم لخليتين. الأدوية اللي بتشتغل على المرحلة دي زي الـ paclitaxel، والـ vincristine، والـ vinblastine. تخيل الخلية زي واحد بيرقص، والأدوية دي بتكسر رجله فميعرفش يكمل الرقص.

* **Non cell-cycle specific:** دي أدوية مبتشتغلش على مرحلة معينة، لأ دي بتشتغل في أي وقت في الـ cell cycle. زي الـ cyclophosphamide والـ cisplatin.

كده يبقى فهمت كل دوا بيشتغل إزاي!

Slide 6

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن الـ Nitrogenous Bases، ودي أساس الـ DNA والـ RNA، يعني زي الطوب اللي بتبني بيه العمارة بتاعة الجينات بتاعتك.

تعالى نفهم بقى، فيه نوعين رئيسيين: الـ Purines والـ Pyrimidines. الـ Purines دول حلقتين لازقين في بعض، زي ما يكون اتنين صحاب ماسكين في إيد بعض جامد. عندك الـ Adenine (A) والـ Guanine (G)، دول الـ Purines الأساسيين.

أما الـ Pyrimidines، دي حلقة واحدة بس، بسيطة كده. عندك الـ Cytosine (C) والـ Thymine (T) في الـ DNA، والـ Uracil (U) بيحل محل الـ Thymine في الـ RNA.

هقولك على حاجة كده، الـ DNA بيبقى عبارة عن شريطين لافين على بعض، والـ Nitrogenous Bases دي بتمسك الشريطين ببعض. الـ Adenine (A) بتمسك مع الـ Thymine (T)، والـ Guanine (G) بتمسك مع الـ Cytosine (C). ده زي ما يكون عندك مفتاح وقفل، كل مفتاح ليه القفل بتاعه بالظبط. في الـ RNA، الـ Adenine (A) بتمسك مع الـ Uracil (U) بدل الـ Thymine (T).

دي نقطة مهمة قوي، الـ Nitrogenous Bases دي هي اللي بتحدد الترتيب بتاع الجينات، والترتيب ده هو اللي بيحدد كل حاجة فيك، لون عينك، طولك، كل حاجة! يعني لو حصل أي لخبطة في الترتيب ده، ممكن تحصل مشاكل وأمراض.

Slide 7

شوف يا عم، الـ Pentose Sugar 'Ribose' ده نوع من السكر اسمه سكر خماسي، يعني فيه 5 ذرات كربون. تعالى نفهم بقى، كلمة Pentose جاية من "Penta" اللي معناها خمسة، و "ose" دي بتدل على إنه سكر. الـ Ribose ده مهم قوي، هقولك على حاجة كده، ده زي الأساس اللي بتبني عليه حاجات مهمة في جسمك.

أول حاجة، الـ Ribose ده جزء أساسي من الـ RNA (Ribonucleic Acid). الـ RNA ده زي شريط تعليمات موجود في كل خلايا جسمك، بيساعد في تصنيع البروتينات. من غير الـ Ribose، مفيش RNA، ومفيش تصنيع بروتينات!

تاني حاجة، الـ Ribose موجود في الـ ATP (Adenosine Triphosphate). الـ ATP ده زي البطارية اللي بتدي الطاقة لكل العمليات اللي بتحصل في جسمك، زي لما بتقوم من السرير أو لما بتجري ورا الأتوبيس. الـ Ribose هنا ماسك في الـ Adenosine، اللي هو الجزء التاني من الـ ATP.

يعني من الآخر، الـ Ribose ده زي الطوب اللي بتبني بيه حاجات مهمة قوي في جسمك، زي الـ RNA و الـ ATP. دي نقطة مهمة قوي عشان تفهم وظيفة السكر ده.

Slide 8

شوف يا عم، الـ Nucleotide ده عامل زي الطوبة اللي بتبني بيها الـ DNA والـ RNA. الـ Nucleotide بيتكون من تلات حاجات:

1- nitrogenous base ودي عبارة عن قاعدة نيتروجينية، زي الـ Adenine والـ Guanine والـ Cytosine والـ Thymine (في الـ DNA) والـ Uracil (في الـ RNA). القواعد دي بتبقى ماسكة في الـ sugar.

2- Pentose sugar وده سكر خماسي. تعالى فهم بقى، لو السكر ده اسمه deoxyribose يبقى إحنا بنتكلم عن DNA، ولو اسمه ribose يبقى بنتكلم عن RNA. الـ sugar ده بيمسك في القاعدة النيتروجينية عن طريق الـ 1' Carbon بتاعه مع الـ N1 بتاعة الـ pyrimidine أو الـ N9 بتاعة الـ purine. الـ glycosidic bond دي عاملة زي الغرا اللي بيلزق الاتنين في بعض.

3- phosphate group ودي مجموعة فوسفات بتمسك في الـ 5' Carbon بتاعة الـ sugar.

دلوقتي الـ Nucleic acid ده زي الحبل الطويل اللي بيتكون من nucleotides كتير ماسكين في بعض. الـ nucleotides دي بتمسك ببعض عن طريق الـ phosphodiester linkages، ودي روابط بتربط الفوسفات بتاعة nucleotide بواحد تاني.

هقولك على حاجة كده عشان الدنيا توضح أكتر، تخيل الـ DNA ده سلسلة طويلة من الخرز، كل خرزة بتمثل nucleotide، وكل nucleotide بيتكون من قاعدة نيتروجينية وسكر ومجموعة فوسفات. والروابط اللي بتربط الخرز ببعض هي الـ phosphodiester linkages.

Slide 9

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن building blocks بتاعة الـ DNA والـ RNA. تعال فهم بقى، الموضوع بسيط خالص.

عندك حاجة اسمها "Nitrogenous Base" اللي هي القاعدة النيتروجينية. دي زي أساس كده، وبتكون يا اما Adenine، يا اما Guanine، يا اما Cytosine، يا اما Thymine (ودي موجودة في الـ DNA بس)، يا اما Uracil (ودي موجودة في الـ RNA بس).

القاعدة النيتروجينية دي (NB) لما تمسك في Ribose Sugar (RS) اللي هو سكر الريبوز، يبقى اسمها "Nucleoside". يعني Adenine لما تمسك في Ribose Sugar تبقى اسمها Adenosine، و Guanine لما تمسك في Ribose Sugar تبقى اسمها Guanosine، وهكذا.

طيب الـ Nucleoside ده بقى، لو مسك فيه Phosphate (P) اللي هو الفوسفات، يبقى اسمه "Nucleotide". يعني Adenosine لما يمسك فيه Phosphate يبقى اسمه AMP اللي هي Adenosine Monophosphate، ودي ليها اسم تاني اللي هو Adenylic acid. نفس الكلام بقى مع الباقيين، Guanosine لما يمسك فيه Phosphate يبقى اسمه GMP اللي هي Guanosine Monophosphate (أو Guanylic Acid)، و Cytidine لما يمسك فيه Phosphate يبقى اسمه CMP اللي هي Cytidine Monophosphate (أو Cytidylic Acid)، و Thymidine لما يمسك فيه Phosphate يبقى اسمه TMP اللي هي Thymidine Monophosphate (أو Thymidylic Acid)، و Uridine لما يمسك فيه Phosphate يبقى اسمه UMP اللي هي Uridine Monophosphate (أو Uridylic Acid).

دي نقطة مهمة قوي، الـ Nucleotides دي هي الوحدات اللي بتبني الـ DNA والـ RNA. يعني الـ DNA والـ RNA عبارة عن سلسلة طويلة من الـ Nucleotides دي ماسكة في بعضها.

Slide 10

شوف يا صاحبي، الـ slide ده بيتكلم عن حاجة اسمها cAMP، وده اختصار لـ cyclic AMP. تعال نفهم بقى إيه الموضوع ده.

عندك إنزيمين مهمين قوي: واحد اسمه Adenylate cyclase، والتاني اسمه Phosphodiesterase. الـ Adenylate cyclase ده بيعمل إيه؟ ده بيحول الـ ATP (اللي هو زي بنزين العربية للطاقة في الجسم) لـ 3,5-cAMP + PPi. يعني بياخد الـ ATP ويحوله لـ cAMP.

طيب الـ Phosphodiesterase بيعمل إيه؟ ده بقى العكس، بياخد الـ cAMP ده ويكسره ويحوله لـ 5'-AMP. يعني بيرجع الـ cAMP لأصله.

دي نقطة مهمة قوي: الـ cAMP ده بيشتغل كـ "second messenger" أو رسول تاني، لكتير من الـ hormone receptors (المستقبلات بتاعة الهرمونات). يعني الهرمون يمسك في الـ receptor بتاعه، والـ receptor ده يروح مطلع الـ cAMP، والـ cAMP ده بقى يروح يعمل الشغل جوه الخلية.

هقولك على حاجة كده، الـ cAMP ده زي المفتاح اللي بيشغل حاجات كتير جوه الخلية. وهو أساسي في تنظيم الـ carbohydrate and lipid metabolism (الأيض بتاع الكربوهيدرات والدهون). يعني بيساعد الجسم يستخدم الكربوهيدرات والدهون عشان يطلع طاقة.

بإختصار، الـ ATP يتحول لـ cAMP بالـ Adenylate cyclase، والـ cAMP يتكسر لـ AMP بالـ Phosphodiesterase. والـ cAMP ده رسول مهم بيشتغل في حاجات كتير، زي شغل الهرمونات وتنظيم الطاقة في الجسم.

Slide 11

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن وظايف الـ DNA، اللي هو زي الـ hard drive بتاع الخلية. أول حاجة، الـ DNA ده بيخزن الـ genetic information، اللي هي المعلومات الوراثية. تعال فهم بقى، المعلومات دي بتتنقل للـ daughter cells (الخلايا البنت) أثناء الـ mitosis (انقسام الخلية). ازاي؟ عن طريق الـ replication (التضاعف). يعني الـ DNA بيعمل نسخة طبق الأصل منه عشان كل خلية جديدة تاخد نفس المعلومات.

تاني حاجة، الـ DNA بيعمل حاجة اسمها الـ transcription (النسخ). دي نقطة مهمة قوي. الـ transcription دي عملية بيتم فيها تكوين الـ rRNA, tRNA, mRNA. هقولك على حاجة كده، التلات حاجات دول مهمين قوي في الـ protein synthesis (تخليق البروتين)، اللي هو الـ translation (الترجمة). يعني الـ DNA بيدي أوامر عشان الخلية تصنع البروتينات اللي محتاجاها. ببساطة، الـ DNA هو اللي بيتحكم في كل حاجة في الخلية.

Slide 12

شوف يا عم، الـ DNA ده عامل زي كتاب كبير أوي، والكتاب ده فيه كذا مستوى تنظيم، تعال نفهم بقى.

**1. Primary Structure:** ده عامل زي ترتيب الحروف في الكلمة، يعني الـ Linear sequence of deoxyribonucleotide units. ببساطة، ده ترتيب القواعد النيتروجينية (A, T, G, C) على شريط الـ DNA. زي ما بترص الحروف جنب بعض عشان تعمل كلمة.

**2. Secondary Structure:** دي بقى لما الشريط ده يلف ويعمل شكل الـ Double Stranded Helix، اللي هو الحلزون المزدوج. تخيل سلم حلزوني، ده بالظبط شكل الـ DNA.

**3. Tertiary Structure:** هنا بقى الـ double helix ده بيتلف حوالين بروتينات اسمها Histones. لما الـ DNA يلف حوالين الـ histones، بيكون حاجة اسمها Nucleosome. النيوكليوسوم ده زي الخرز في سلسلة، والـ histones دي زي البكر اللي بيتلف عليها الخيط.

**4. Higher Orders:** النيوكليوسومات دي بتتجمع وتعمل حاجة اسمها Chromatin، اللي هو زي خيوط رفيعة كده. بعد كده، الـ chromatin ده بيتضغط أكتر ويكون حاجة اسمها 30nm Fibers. وفي الآخر خالص، الـ 30nm Fibers دي بتتجمع وتعمل الـ Chromosomes، اللي هما الكروموسومات اللي بنشوفها وقت انقسام الخلية.

هقولك على حاجة كده مهمة قوي، فيه قواعد اسمها Chargaff’s Rules. القواعد دي بتقول إن في الـ double-stranded DNA (dsDNA) أو double-stranded RNA (dsRNA):

* نسبة الـ Adenine (A) بتساوي نسبة الـ Thymine (T) في الـ DNA، أو الـ Uracil (U) في الـ RNA (% A = % T أو % U).
* نسبة الـ Guanine (G) بتساوي نسبة الـ Cytosine (C) (% G = % C).
* وبالتالي، نسبة الـ purines (A و G) بتساوي نسبة الـ pyrimidines (T و C أو U) (% purines = % pyrimidines).

بص بقى للمسألة دي: لو عينة DNA فيها 10% Guanine (G)، يبقى كام في المية Thymine (T)؟

بما إن % G = % C، يبقى % C كمان 10%. يبقى مجموع % G و % C هو 20%. وبما إن % A + % T لازم يكونوا مكملين لـ 100%، يبقى % A + % T = 80%. وبما إن % A = % T، يبقى % T = 40%.

يبقى الإجابة: 40%.

Slide 13

شوف يا صاحبي، الـ slide ده بيتكلم عن الـ DNA، يعني المادة الوراثية اللي جواك وجوايا وجوا كل الكائنات الحية.

كل strand من الـ DNA عبارة عن polynucleotide، يعني سلسلة طويلة مكونة من وحدات صغيرة اسمها nucleotides. الـ nucleotides دي فيها تلات حاجات أساسية: nitrogenous base (قاعدة نيتروجينية)، deoxyribose (نوع من السكر)، و phosphate (مجموعة فوسفات).

تعال نفهم بقى ايه هي الـ nitrogenous bases دي. عندك أربع أنواع: adenine (A)، guanine (G)، thymine (T)، و cytosine (C). دول زي الحروف اللي بتكون الكلمات بتاعت الشفرة الوراثية.

الـ DNA nucleotides دي ماسكة في بعضها في شكل polymeric، يعني سلسلة طويلة، عن طريق phosphodiester bonds. الـ phosphodiester bond ده بيربط الـ 3' hydroxyl (مجموعة هيدروكسيل في الكربون رقم 3) في السكر بتاع nucleotide معين بالـ 5' hydroxyl (مجموعة هيدروكسيل في الكربون رقم 5) في السكر بتاع الـ nucleotide اللي بعده، وده بيحصل عن طريق phosphate molecule (جزيء فوسفات). تخيلها زي سلسلة سبح، كل خرزة ماسكة في اللي بعدها بخيط.

الـ 4 deoxyribonucleotides اللي موجودين هما: dAMP (deoxyadenosine monophosphate)، dGMP (deoxyguanosine monophosphate)، dTMP (deoxythymidine monophosphate)، و dCMP (deoxycytidine monophosphate). دي ببساطة الـ nucleotides اللي فيها القواعد النيتروجينية المختلفة (A, G, T, C).

فيه كمان glycosidic bond، وده الرابط اللي بيربط الـ nitrogenous base بالـ deoxyribose sugar.

Slide 14

بص يا صاحبي، الـ slide ده بيتكلم عن الـ DNA، أو الحمض النووي، وازاي الـ structure بتاعه مترتب.

شوف يا عم، الـ "sugar-phosphate linkages" دي، هي اللي بتعمل الـ backbone بتاع الـ DNA. يعني إيه؟ يعني دي السلسلة الأساسية اللي ماسكة الـ DNA كله في بعضه. تخيلها زي السلم، الـ "sugar-phosphate" دي هي الجنبين بتوع السلم.

والـ "variable bases" بقى، اللي هي الـ قواعد النيتروجينية، زي الـ Adenine (A)، Guanine (G)، Cytosine (C)، و Thymine (T)، دي بتبقى ماسكة في الـ backbone ده. دي بقى زي الدرجات بتاعة السلم. كل قاعدة من دول بتمسك في قاعدة تانية قصادها عشان تعمل الـ double helix شكل الـ DNA اللي كلنا عارفينه.

تعال فهم بقى، الـ "base sequence" يعني ترتيب القواعد دي على الـ DNA. وده اللي بيحدد الـ genetic code، أو الشفرة الوراثية. يعني الـ sequence ده هو اللي بيقول الخلية تعمل إيه، وتصنع بروتين إيه، وكل حاجة.

ودي نقطة مهمة قوي، الـ DNA بيتكتب ويتقري من اتجاه 5' لـ 3'. يعني إيه الكلام ده؟ الـ 5' والـ 3' دي أرقام بتدل على مكان الكربون في الـ deoxyribose sugar (السكر اللي في الـ DNA). الـ DNA polymerase، ده الإنزيم اللي بيبني الـ DNA، بيشتغل بس في الاتجاه ده.

هقولك على حاجة كده، الـ nucleotide polymer اللي هو الـ DNA، عنده "free phosphate group" ماسك في الـ 5' position و "free 3' hydroxyl group". ده بقى اللي بيخلي الـ DNA ليه "polarity"، يعني ليه اتجاه. زي ما يكون عندك مغناطيس ليه قطب شمالي وقطب جنوبي.

والـ "DNA Sequencer" ده الجهاز اللي بيقدر يحدد الـ base sequence، يعني ترتيب القواعد النيتروجينية في الـ DNA. وده مهم جداً عشان نعرف الـ genetic code، ونفهم الأمراض الوراثية، ونعمل حاجات كتير.

Slide 15

شوف يا صاحبي، الـ DNA ده عامل زي السلم الحلزوني، متكون من شريطين ماسكين في بعض. الشريطين دول اسمهم polynucleotide chains، يعني سلاسل طويلة من النيوكليوتيدات.

تعال فهم بقى، الشريطين دول متوصلين ببعض بحاجة اسمها hydrogen bonds، ودي روابط ضعيفة شوية. الروابط دي بتخلي الشريطين يلزقوا في بعض زي المغناطيس.

هقولك على حاجة كده، فيه قواعد للوصلة دي: الـ Adenine (A) على شريط بيمسك في الـ Thymine (T) على الشريط التاني، وبيكونوا رابطتين هيدروجينيتين (A=T). والـ Guanine (G) على شريط بيمسك في الـ Cytosine (C) على الشريط التاني، وبيكونوا تلات روابط هيدروجينيتين (G≡C). دي اسمها base pairing، يعني ازدواج القواعد، ودي اللي اكتشفها Watson and Crick. والازدواج ده بيخلي فيه base complementarity، يعني القواعد بتكمل بعضها.

دي نقطة مهمة قوي، الشريطين بتوع الـ DNA بيمشوا عكس بعض، يعني الـ 2 strands run antiparallel. واحد اسمه coding strand، وده اللي بيدي الكود بتاع الجينات. والتاني اسمه template strand، وده اللي بيستخدم كقالب عشان ننسخ الـ DNA.

Slide 16

شوف يا صاحبي، الـ Secondary structure بتاع الـ DNA ده موضوع مهم قوي. تعال نفهم بقى إيه الحكاية.

الـ DNA مش مجرد سلم وخلاص، لأ ده بيتلف حوالين نفسه عشان يبقى شكله أحسن ويبقى مستقر أكتر. وده اللي بيعمل الـ secondary structure. فيه أنواع مختلفة من الـ secondary structure، بس أشهرهم الـ **double helix**.

الـ **double helix** ده عامل زي السلم اللي لافف حوالين نفسه. الـ sides بتوع السلم دول معمولين من الـ sugar والـ phosphate، ودول بيمسكوا في بعض بروابط قوية اسمها phosphodiester bonds. أما الـ steps بتوع السلم دول معمولين من الـ nitrogenous bases.

الـ nitrogenous bases دول أربع أنواع:
* **Adenine (A)**
* **Guanine (G)**
* **Cytosine (C)**
* **Thymine (T)**

هقولك على حاجة كده، الـ A بتمسك مع الـ T، والـ G بتمسك مع الـ C. يعني مينفعش الـ A تمسك مع الـ C، ولا الـ G تمسك مع الـ T. الـ pairing ده اسمه **complementary base pairing**. وده بيحصل عن طريق الـ hydrogen bonds، ودي روابط أضعف من الـ phosphodiester bonds، بس مهمة عشان تخلي الـ DNA مستقر.

الـ DNA بيعمل الـ double helix عشان يبقى مستقر أكتر، وعشان يقدر يتخزن جوه الـ cell بسهولة. تخيل لو الـ DNA كان مجرد سلم مفرود، كان هياخد مساحة كبيرة قوي، ومكنش هيعرف يتخزن جوه الـ nucleus.

يبقى خلاصة الكلام، الـ secondary structure بتاع الـ DNA هو الـ double helix، وده بيتكون من الـ sugar-phosphate backbone والـ nitrogenous bases، والـ bases بيمسكوا في بعض عن طريق الـ complementary base pairing.

Slide 17

شوف يا صاحبي، الـ slide دي بتتكلم عن الـ DNA، وبالتحديد الـ Hydrogen bonds اللي ماسكة الـ strands بتاعته في بعض. تعالى فهم بقى، الـ DNA ده عامل زي السلم الحلزوني، صح؟ الـ strands دول هما الجانبين بتوع السلم، والـ bases هما الدرجات اللي بتربط الجانبين دول ببعض.

دي نقطة مهمة قوي، الـ bases دول مش بيرتبطوا ببعض عشوائي، لأ، فيه قواعد معينة. الـ Adenine (A) لازم يمسك في الـ Thymine (T)، والـ Cytosine (C) لازم يمسك في الـ Guanine (G). هقولك على حاجة كده، الـ Hydrogen bonds دي هي اللي بتخلي الـ A تمسك في الـ T والـ C تمسك في الـ G.

الـ Hydrogen bond دي عبارة عن رابطة ضعيفة شوية بتتكون بين الـ Hydrogen atom اللي موجود في واحد من الـ bases، و الـ Oxygen أو الـ Nitrogen atom الموجود في الـ base التاني. الروابط دي بالرغم من إنها ضعيفة، إلا إنها مهمة جداً لأنها بتخلي الـ DNA double helix ثابت ومستقر. يعني لو ماكانتش الروابط دي موجودة، الـ DNA كان زمانه اتفكك من بعضه.

الكلام ده كله عشان الـ genetic code، اللي هو الشفرة الوراثية اللي بتحدد صفاتك وكل حاجة في جسمك، تبقى محفوظة ومتقدرش تتغير بسهولة. الـ Hydrogen bonds دي بتضمن إن الـ DNA يقدر يتضاعف (replicate) بدقة، وده مهم عشان الـ cells تقدر تنقسم وتتكاثر بشكل سليم.

Slide 18

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن أشكال الـ DNA المختلفة. فيه تلات أشكال رئيسية: B-Form، A-Form، و Z-Form.

أول حاجة الـ B-Form [Watson-Crick] DNA structure: ده الشكل الأشهر والأكثر شيوعًا للـ DNA. تعالى فهم بقى، ده عبارة عن double helix، يعني سلم حلزوني مزدوج، بس بيلف ناحية اليمين (righthanded double helix). فيه groove-ين، واحد كبير (major groove) وواحد صغير (minor groove). الـ regulatory proteins، اللي هي البروتينات اللي بتتحكم في الـ DNA، بتقدر تمسك في الـ grooves دي. الـ strands بتوع الـ DNA بيكونوا antiparallel، يعني ماشيين عكس بعض. الـ width بتاع الـ double stranded DNA أو الـ dsDNA بيكون 1.9 نانومتر. وكل لفة (turn) في الـ helix فيها 10 base pairs (b.p.)، وبتتكرر كل 3.4 نانومتر. الـ B-Form ده هو الشكل الغالب في الظروف الطبيعية (physiological conditions).

تاني حاجة الـ A-Form [anhydride form]: ده برضه righthanded، بس بيكون wider (أعرض، 2.3 نانومتر)، و condensed (مكثف)، واللفة بتاعته فيها 11 base pairs. الـ A-Form ده بيتكون في بيئة فيها ملح عالي (high salt medium).

تالت حاجة الـ Z-Form [Zig-zag]: دي بقى مختلفة تمامًا، دي lefthanded، يعني بتلف ناحية الشمال. الـ DNA بيكون elongated (ممتد) والـ width بتاعه 1.8 نانومتر. والـ phosphodiester bonds، اللي هي الروابط اللي بتربط الـ DNA ببعضه، بتكون zig-zag، يعني متعرجة.

دي نقطة مهمة قوي: التلات أشكال دول بيختلفوا في الشكل والتركيب، بس كلهم بيعملوا نفس الوظيفة الأساسية وهي تخزين الـ genetic information.

Slide 19

شوف يا عم، الـ slide ده بيتكلم عن الـ B-Form of DNA، وده الشكل اللي الـ DNA بتاعنا بياخده في معظم الأحوال.

تعالى نفهم بقى، الـ DNA ده عبارة عن سلم حلزوني، صح؟ الـ slide ده بيوريك الـ "سلم" ده شكله إيه بالظبط. عندك حاجتين مهمين: الـ Major groove والـ Minor groove.

الـ grooves دي زي تجاويف أو خنادق ماشية على طول الـ DNA. الـ Major groove دي أوسع وأعمق من الـ Minor groove. ليه ده مهم؟ عشان البروتينات اللي بتشتغل على الـ DNA (زي اللي بتعمل transcription أو replication) بتعرف تمسك في الـ DNA كويس من خلال الـ grooves دي، وخاصة الـ Major groove، عشان أوسع ومتاحة أكتر.

الـ slide بيقولك إن المسافة بين الـ Major groove والـ Minor groove بتختلف، والمسافة دي بالـ nanometers (nm). كمان بيقولك إن كل لفة كاملة في الـ DNA (اللي هي الـ 10 bp، يعني 10 base pairs) طولها حوالي 3.4 nm.

هقولك على حاجة كده، تخيل الـ DNA ده زي سلم حلزوني كبير، والـ grooves دي زي تجاويف على جوانب السلم دي. الـ Major groove هي التجويف الكبير اللي ممكن الواحد يحط إيده فيه بسهولة، والـ Minor groove هي التجويف الصغير اللي يا دوب صوابعه تدخل فيه. البروتينات اللي بتشتغل على الـ DNA بتستخدم الـ grooves دي عشان تمسك فيه وتعرف تعمل شغلها.

Slide 20

شوف يا عم، الـ DNA ليه أشكال كتير، الـ A form ده واحد منها. تعال فهم بقى، الـ DNA مش بيبقى ثابت كده زي ما بنشوفه في الكتب، لأ ده ممكن ياخد أشكال مختلفة حسب الظروف اللي حواليه زي نسبة المية أو الأملاح. الـ A form ده بقى بيبقى أقصر وأعرض من الـ B form اللي هو الشكل المشهور اللي كلنا عارفينه.

هقولك على حاجة كده، الـ A form ده بيظهر غالباً لما الـ DNA يكون dehydrated، يعني فيه مية قليلة. تخيل كده زي ما تكون ورقة واتكرمشت، الشكل بيتغير. والـ A form ده بيبقى الـ base pairs فيه مش عموديين على الـ axis بتاع الـ helix زي الـ B form، لأ دول بيميلوا شوية. ودي نقطة مهمة قوي عشان بتأثر على طريقة الـ proteins تمسك في الـ DNA.

يعني الخلاصة، الـ DNA مش شكل واحد، الـ A form ده شكل من الأشكال اللي بياخدها الـ DNA في ظروف معينة.

Slide 21

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن ازاي الـ DNA بيترتب جوا الخلية عشان يتكون الـ chromosomes.

أول حاجة الـ DNA اللي هو الـ double stranded DNA، ده بيلف حوالين بروتين اسمه الـ histone octamer core. الـ histone ده عبارة عن 8 جزيئات من الـ histone proteins. الـ histones دي 5 أنواع: H1, H2A, H2B, H3, و H4. الـ histone octamer ده تركيبه عبارة عن [H2A, H2B, H3, H4]₂ يعني اتنين من كل واحد فيهم. الـ DNA لما يلف حوالين الـ histone octamer ده بيكون حاجة اسمها الـ nucleosome [10nm].

تعالى فهم بقى، الـ nucleosomes دي بتبقى متوصلة ببعضها عن طريق DNA linker. الـ DNA linker ده بيبقى ملفوف حوالين الـ histone H1.

هقولك على حاجة كده، الموضوع ماشي بالترتيب ده: DNA + Histones → nucleosome → chromatin → chromatids → chromosomes. يعني الـ DNA والـ histones بيكونوا الـ nucleosome، والـ nucleosomes بيكونوا الـ chromatin، والـ chromatin بيكون الـ chromatids، والـ chromatids بيكونوا الـ chromosomes.

بعد كده، الـ nucleosomes دي بتبقى supercoiled يعني بتتلف على بعضها تاني عشان تكون الـ chromatin filaments [30nm]. الـ chromatin filaments دي برضه بتبقى supercoiled عشان تكون الـ chromatids، وبعد كده الـ chromosomes. يعني الموضوع عامل زي ما تكون بتلف حبل على نفسه كذا مرة عشان يبقى أقصر وأتخن.

Slide 22

شوف يا عم، الـ slide بيتكلم عن الـ Chromatin fibril، ودي حاجة مهمة قوي جوة الـ nucleus بتاع الـ cell. الـ Chromatin ده عامل زي خيط طويل عريض متكون من الـ DNA بتاعك، بس الخيط ده طويل جداً، فمحتاج يتلم ويتضغط جوة الـ nucleus الصغير.

تعال فهم بقى، الـ Chromatin fibril ده بيبقى عبارة عن الـ DNA ملفوف حوالين حاجات اسمها الـ nucleosomes. الـ nucleosome ده عامل زي بكرة صغيرة، والـ DNA بيتلف حواليها كام لفة كده.

الـ slide بيقول ان الـ Chromatin fibril ده قطره حوالي 30 نانومتر (30 nm). ودي نقطة مهمة قوي عشان تعرف قد ايه الـ DNA مضغوط.

هقولك على حاجة كده، الـ function بتاع الـ nucleosome هو انه يعمل condense و stabilize الـ DNA. يعني يخلي الـ DNA متلموم وضيق، وكمان يحافظ عليه من انه يتبهدل أو يتكسر. تخيل الـ DNA زي سلك طويل، لو سبته سايح كده هيتلكك ويعقد، لكن لما تلفه حوالين بكر صغيرة زي الـ nucleosomes، هتحافظ عليه منظم ومش هيتلكك.

Slide 23

شوف يا صاحبي، الـ Chromatin ده، تعال فهم بقى، عامل زي العقد اللي فيه خيطين DNA ملفوفين على بعض، زي سلم حلزوني كده، اسمه double stranded DNA. الـ DNA ده شايل كل المعلومات الوراثية بتاعتك، زي الـ hard drive بتاع الكمبيوتر، بس ده بتاع جسمك.

وكمان فيه شوية RNA صغيرين، الـ RNA ده زي الـ messenger، بينقل التعليمات من الـ DNA عشان الجسم يعرف يصنع البروتينات اللي محتاجها.

ودي نقطة مهمة قوي، فيه بروتينات، وأهمهم الـ Histones. الـ Histones دي زي البكر اللي الـ DNA بيتلف حواليها عشان الـ Chromatin يبقى صغير وياخد مكان في النواة بتاعة الخلية. تخيل إنك بتلم خرطوم طويل وتلفه حوالين بكر عشان تعرف تخزنه.

هقولك على حاجة كده، الـ Chromatin ده بيتغير شكله حسب الخلية محتاجة إيه. يعني لو الخلية محتاجة تصنع بروتين معين، الـ Chromatin بيفك شوية عشان الـ DNA اللي فيه المعلومات دي يبقى متاح. ولو الخلية مش محتاجة حاجة، الـ Chromatin بيرجع يلم تاني.

Slide 24

شوف يا عم، الـ slide دي بتتكلم عن حاجة اسمها Denaturation و Renaturation للـ DNA. تخيل الـ DNA ده سلم حلزوني كده، ماسك في بعضه بـ hydrogen bonds، زي بالظبط درجات السلم اللي ماسكة الجنبين بتوع السلم.

الـ Denaturation دي بقى، معناها إنك بتفك السلم ده عن بعضه. إزاي؟ يا إما بتسخن جامد، يا إما بتحط حاجات كيماوية زي formamide أو urea، أو بتعلي الـ pH قوي. كل ده بيضعف الـ hydrogen bonds دي، فالـ DNA بيتفك وبيبقى عبارة عن شريطين مفردين، بدل ما كان شريط مزدوج. دي نقطة مهمة قوي: مفيش أي covalent bonds بتتكسر في العملية دي، يعني الهيكل الأساسي بتاع الـ DNA نفسه سليم، إحنا بس بنفك الدرجات بتاعة السلم اللي ماسكة الشريطين في بعض.

الـ Renaturation بقى عكس الـ Denaturation بالظبط. يعني لو سخنت الـ DNA جامد وفكيته، وبعدين بدأت تبرد بالراحة، الشريطين دول هيبتدوا يرجعوا يمسكوا في بعض تاني، ويكونوا الـ double helix تاني. الـ hydrogen bonds هترجع تتكون تاني بين الـ bases المتكاملة (A مع T، و C مع G).

تعال فهم بقى، الـ Renaturation دي مهمة قوي في حاجات كتير في المعمل. مثلاً في حاجة اسمها Southern blot، دي طريقة بنستخدمها عشان ندور على sequences معينة من الـ DNA. بنجيب حتة DNA صغيرة اسمها probe، ونخليها تمسك في الـ DNA اللي بندور عليه. وكمان مهمة في الـ PCR (Polymerase Chain Reaction)، دي طريقة بنستخدمها عشان نضاعف كمية الـ DNA اللي عندنا.

لما الـ probe DNA يمسك في الـ target DNA اللي بندور عليه، بنسمي العملية دي hybridization. يعني الاتنين بيتهجنوا مع بعض.

Slide 25

شوف يا عم، الـ slide ده بيتكلم عن حاجة اسمها Epigenetics، ودي معناها التغيرات اللي بتحصل في الـ gene expression من غير ما الـ DNA sequence نفسه يتغير. يعني الـ DNA موجود زي ما هو، بس الـ gene بيشتغل أو مبيشتغلش.

تعالى نفهم بقى يعني إيه Heterochromatin و Euchromatin. الـ Heterochromatin ده بيكون DNA متكتل قوي، زي ما تكون مكبّس حاجة جامد. عشان كده بيكون stained dark، يعني لما نصبغه بيبان لونه غامق تحت الميكروسكوب. والأهم من ده كله، إنه بيكون Transcriptionally inactive، يعني الـ genes اللي فيه مبيشتغلوش، مبيحصلش ليهم transcription عشان يطلعوا الـ proteins بتاعتهم.

أما الـ Euchromatin، ده بيكون DNA مفكوك، مش متكتل زي الـ Heterochromatin. بيكون Loosely packed، يعني سايب كده وواخد راحته. عشان كده بيكون stained light، يعني لما نصبغه بيبان لونه فاتح تحت الميكروسكوب. وده بيكون Transcriptionally active، يعني الـ genes اللي فيه بتشتغل عادي وبتطلع الـ proteins بتاعتها.

هقولك على حاجة كده عشان تفهمها أكتر، تخيل الـ DNA ده زي خيط طويل، لو كلكعته وعملته كورة جامدة يبقى ده Heterochromatin، ولو فردته وخليته مفرود يبقى ده Euchromatin. لما يكون مفرود، الـ enzymes بتقدر توصل للـ genes وتقراها وتعمل الـ transcription.

CBF | Lecture 52

AI Mind Map

Files & Documents