hihetünk a fülünknek? sejtstruktúrák fizikája
DESCRIPTION
Hihetünk a fülünknek? Sejtstruktúrák fizikája. Derényi Imre. ELTE, Biológiai Fizika Tanszék. Atomcsill, 2007. jan. 25. Ízelítő az eukarióta sejtek különböző térbeli struktúráiból. sejtek: ~10 m m. sej t szervecskék: ~1 m m. biomolekulák: ~1-10 nm. atomok: ~0.2-0.4 nm. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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)