Hihetünk a fülünknek?Hihetünk a fülünknek?Sejtstruktúrák fizikájaSejtstruktúrák fizikája

Derényi Imre

ELTE, Biológiai Fizika Tanszék

Atomcsill, 2007. jan. 25.

Ízelítő az eukarióta sejtek különbözőtérbeli struktúráiból

sejtek: ~10 m

biomolekulák: ~1-10 nm

sejtszervecskék: ~1 m

atomok: ~0.2-0.4 nm

Fizika a nanoskálán

Viszkozitás

vízmolekulák mérete:

Hőmérséklet

vízmolekulák tipikus sebessége:

~0.3 nm

~350 m/s (1200 km/h)

(vadul rázza a molekulákat)

(a mozgás túlcsillapított)

megállási idő:

megállási úthossz:

~0.01 ps (10-14 s)

~0.003 nm

Sejtváz

Sejtváz

Sejtosztódás

Mozgás aktinpolimerizációval

Lamellipodium Listeria[G. Borisy, Northwestern Univ.] [J. Theriot, Stanford Univ.]

Listeria

Motorfehérjék 1(miozin aktin szál mentén)

Motorfehérjék 2(kinezin mikrotubulus mentén)

Lipid membránok

Molekuladinamikaiszimulációk

Biológiai membránokfolyadék-mozaik modellje

Sejtszervecskék cső és korong alakú membránstruktúrái

Golgi apparátus

Kloroplasztisz

Mitokondrium[Ladinsky et al., JCB 144, 1135 (1999)]

[Perkins et al., JSB 119, 260 (1997)]

További membrán nanocsövek

[V. Allan, http://www.biomed.man.ac.uk/allan/ER.html]

Poszt-Golgi transzportkompartmentumok:

Mikrotubulusok és azEndoplazmatikus retikulum:

[D. Toomre, http://www.livingroomcell.com]

Tunneling nanotubes (TNTs)vesesejtek és agysejtek között

[Rustom et al., Science 303, 1007 (2004)]

Tunneling nanotubes (TNTs)immunsejtek között

[Watkins and Salter, Immunity 23, 309 (2005)]

Mesterséges nanocsőhálózatok

[Karlsson et al., Nature 409, 150 (2001)]

Mesterséges nanocsőhálózatok

Miért csövek?

RLR

ACE

2 1

2 d

2

22

LE 22

2

0R0 1

2

2

R0

R

E

pNnm 40 J104 10 20B Tk

nm

pN 0.05

m

N105 5

nm 20 0 R

pN 12.5 0 f

A felületi feszültség és a hajlítási merevség ellentétes hatásainak egyensúlya következtében.

Optimális sugár:

Húzóerő:

Cső esetén:

22 0f

Hallás

Hallócsiga

Hallószőrök

emlős kétéltű

Hallószőrök működése

Hangerő (decibel skála)

10 dB = 1 B 10-szeres hangerő

0 dB: 10-12 W/m2

120 dB: 1 W/m2

hallásküszöb

fájdalomküszöb(repülőgépturbina 50 m-ről)

disco, légkalapács

ébresztőóra (1 m), hajszárítózajos étterem, munkahely

normális beszédátlagos lakás

csendes szoba

süketszoba (stúdió)

Halláskárosodás

Hallószőrök nemlineáris viselkedése:torzítás

hallószőrök hossza:

minimális érzékenység:

1012-szeres hangerő 106-szoros amplitúdó

10-30 m

~3 nm kitérés

~3 mm kitérés

Lehetetlen ekkora kitérés !!!

A hallószőrök nem viselkedhetnek lineárisan !!!

Torzítaniuk kell !!!

Passzív vs. aktív detektálás

A kritikus pontba hangolva a hallószőrök nagyon érzékennyé válnak a kis jelekre (hasonlóan a kihajlás jelenségéhez a kritikus nyomóerőnél).

• T. Gold (1948): analógia a rádióvevőkkel.• W. Rode (1971): az élő fül sokkal érzékenyebb.• D. Kamp (1979): hang jön a fülből.

Passzív detektálás (Probléma, hogy túl nagy a csillapítás)

Aktív detektálás (Energia bepumpálása a detektálás frekvenciáján)

• H. Helmholtz (1857): húrok rezonálnak.• Békésy Gy. (1930-40-es évek): az alapmembrán rezeg.

A nemlinearitás következménye

)2cos(1)cos(2 2

ft 2

)3cos()cos(3)cos(2 3

)4cos()2cos(43)cos(2 4

Általában:

...)3cos()2cos()cos()cos( 3210 AAAAF

Megjelennek a felharmonikusok.

Tiszta hang f frekvenciával:

ahol)cos(

)2cos( ft

Másképpen:

Tiszta hang nemlineáris függvénye:

Oktáv

Akusztikai illúziók (hiányzó alapharmonikus)

Optikai illúziók (Kanizs háromszög)

A nemlinearitás következménye II

)2cos()2cos()cos(2)cos(2 22222 bababa

tf12

Két tiszta hang f1 és f2 frekvenciával:

ahol

)cos(

)cos(2)cos(2 abab

)cos()63()cos()63()cos(2)cos(2 23233 babababa

)3cos()3cos( 33 ba

)2cos()2cos(3 2 ba

)2cos()2cos(3 2 ab

)cos(és

tf22és

Akusztikai illúziók (harmadik hang)Tartini, XVIII. sz.])2(2cos[)2cos( 12 tff

Optikai illúziók (Hermann rács)

Akusztikai illúziók (Shepard skála)

Akusztikai illúziók (Shepard skála)

Furcsa hurkok

Ebben a mondatba harom hiba van.Igaz-e a következő állítás?

[Escher]

Optikai illúziók (forgó kígyók)