Hihetünk a fülünknek? Sejtstruktúrák fizikája

Az előadások a következő témára: "Hihetünk a fülünknek? Sejtstruktúrák fizikája"— Előadás másolata:

1 Hihetünk a fülünknek? Sejtstruktúrák fizikája
Derényi Imre ELTE, Biológiai Fizika Tanszék Atomcsill, jan. 25.

2 Ízelítő az eukarióta sejtek különböző térbeli struktúráiból
sejtek: ~10 mm sejtszervecskék: ~1 mm biomolekulák: ~1-10 nm atomok: ~ nm

3 Fizika a nanoskálán Hőmérséklet (vadul rázza a molekulákat)
vízmolekulák mérete: ~0.3 nm vízmolekulák tipikus sebessége: ~350 m/s (1200 km/h) Viszkozitás (a mozgás túlcsillapított) megállási idő: ~0.01 ps (10-14 s) megállási úthossz: ~0.003 nm

4 Sejtváz

5 Sejtváz

6 Sejtosztódás

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

8 Listeria

9 Motorfehérjék 1 (miozin aktin szál mentén)

10 Motorfehérjék 2 (kinezin mikrotubulus mentén)

11 Lipid membránok Molekuladinamikai szimulációk Biológiai membránok
folyadék-mozaik modellje

12 Sejtszervecskék cső és korong alakú membránstruktúrái
Golgi apparátus [Ladinsky et al., JCB 144, 1135 (1999)] Mitokondrium [Perkins et al., JSB 119, 260 (1997)] Kloroplasztisz

13 További membrán nanocsövek
Poszt-Golgi transzport kompartmentumok: Mikrotubulusok és az Endoplazmatikus retikulum: [D. Toomre, [V. Allan,

14 Tunneling nanotubes (TNTs) vesesejtek és agysejtek között
[Rustom et al., Science 303, 1007 (2004)]

15 Tunneling nanotubes (TNTs) immunsejtek között
[Watkins and Salter, Immunity 23, 309 (2005)]

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

17 Mesterséges nanocsőhálózatok

18 Miért csövek? A felületi feszültség s és a hajlítási merevség k
ellentétes hatásainak egyensúlya következtében. Cső esetén: Optimális sugár: Húzóerő:

19 Hallás

20 Hallócsiga

21 Hallószőrök emlős kétéltű

22 Hallószőrök működése

23 Hangerő (decibel skála)
10 dB = 1 B 10-szeres hangerő 120 dB: 1 W/m2 fájdalomküszöb (repülőgépturbina 50 m-ről) disco, légkalapács ébresztőóra (1 m), hajszárító zajos étterem, munkahely normális beszéd átlagos lakás csendes szoba süketszoba (stúdió) hallásküszöb 0 dB: W/m2

24 Halláskárosodás

25 Hallószőrök nemlineáris viselkedése: torzítás
hallószőrök hossza: 10-30 mm minimális érzékenység: ~3 nm kitérés 1012-szeres hangerő 106-szoros amplitúdó ~3 mm kitérés Lehetetlen ekkora kitérés !!! A hallószőrök nem viselkedhetnek lineárisan !!! Torzítaniuk kell !!!

26 Passzív vs. aktív detektálás
Passzív detektálás (Probléma, hogy túl nagy a csillapítás) H. Helmholtz (1857): húrok rezonálnak. Békésy Gy. ( es évek): az alapmembrán rezeg. Aktív detektálás (Energia bepumpálása a detektálás frekvenciáján) T. Gold (1948): analógia a rádióvevőkkel. W. Rode (1971): az élő fül sokkal érzékenyebb. D. Kamp (1979): hang jön a fülből. A kritikus pontba hangolva a hallószőrök nagyon érzékennyé válnak a kis jelekre (hasonlóan a kihajlás jelenségéhez a kritikus nyomóerőnél).

27 A nemlinearitás következménye
Tiszta hang f frekvenciával: Másképpen: ahol Tiszta hang nemlineáris függvénye: Általában: Megjelennek a felharmonikusok.

28 Oktáv

29 Akusztikai illúziók (hiányzó alapharmonikus)

30 Optikai illúziók (Kanizs háromszög)

31 A nemlinearitás következménye II
Két tiszta hang f1 és f2 frekvenciával: és ahol és

32 Akusztikai illúziók (harmadik hang)
Tartini, XVIII. sz.

33 Optikai illúziók (Hermann rács)

34 Akusztikai illúziók (Shepard skála)

35 Akusztikai illúziók (Shepard skála)

36 Furcsa hurkok Igaz-e a következő állítás?
Ebben a mondatba harom hiba van. [Escher]

37 Optikai illúziók (forgó kígyók)