2018版高中生物 第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶學(xué)案 新人教版必修1
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1、 第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 1.說(shuō)明酶在細(xì)胞代謝中的作用、本質(zhì)和特性。 2.說(shuō)明溫度和pH對(duì)酶活性的影響。 3.在探究實(shí)驗(yàn)中,學(xué)會(huì)控制自變量,以及設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 酶 的 作 用 和 本 質(zhì) 1.細(xì)胞代謝的概念 2.比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解 (1)實(shí)驗(yàn)原理 (2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象: 試管步驟 相同處理 向4支試管中分別加入2 mLH2O2溶液 不同處理 不處理 放在90 ℃左右的水浴中加熱 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝臟研磨液 現(xiàn)象 氣泡 基本無(wú) 少 較多 很多 帶火星衛(wèi)生香
2、無(wú)復(fù)燃 有復(fù)燃 復(fù)燃性較強(qiáng) 復(fù)燃性很強(qiáng) (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:酶具有催化作用,同無(wú)機(jī)催化劑相比,催化效率更高。 (4)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)變量: (5)對(duì)照實(shí)驗(yàn): ①含義:除了一個(gè)因素以外,其余因素都保持不變的實(shí)驗(yàn)。 ②原則:除了要觀察的變量外,其他變量都應(yīng)當(dāng)始終保持相同。 3.酶的作用原理和本質(zhì) (1)作用原理: ①活化能:分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。 ②作用機(jī)制:同無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,因而催化效率更高。 ③結(jié)果:由于酶的催化作用,細(xì)胞代謝才能在溫和條件下快速進(jìn)行。 (2)本質(zhì) ①合成場(chǎng)所:活細(xì)胞中。 ②化學(xué)本質(zhì):絕大多
3、數(shù)是蛋白質(zhì),極少數(shù)是RNA。 [合作探討] 探討1:在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的四組實(shí)驗(yàn)中,哪一組為對(duì)照組?滴加過(guò)肝臟研磨液的滴管可否再去滴加FeCl3溶液? 提示:第1組。不能。否則少量的過(guò)氧化氫酶帶到滴加FeCl3溶液的實(shí)驗(yàn)組中,干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 探討2:加熱和無(wú)機(jī)催化劑都可降低化學(xué)反應(yīng)的活化能嗎? 提示:加熱只能提高反應(yīng)速率,無(wú)機(jī)催化劑可降低活化能。 探討3:現(xiàn)有一種酶,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究其成分是蛋白質(zhì)還是RNA。 提示: [思維升華] 1.酶本質(zhì)的探索 2. 酶的本質(zhì)和作用原理 (1)酶的本質(zhì): 化學(xué)本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是RNA
4、 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成場(chǎng)所 核糖體 細(xì)胞核(主要) 來(lái)源 一般活細(xì)胞中均能產(chǎn)生 生理功能 具有生物催化功能 (2)酶的作用機(jī)理 酶和其他催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,分析如下: ①圖中ac和bc段分別表示無(wú)催化劑催化和有酶催化時(shí)反應(yīng)進(jìn)行所需要的活化能。 ②若將酶變?yōu)闊o(wú)機(jī)催化劑,則b在縱軸上向上移動(dòng)。用加熱的方法不能降低活化能,但會(huì)提供活化能。 1.下列關(guān)于酶的實(shí)驗(yàn)不正確的是( ) A.上述反應(yīng)中的自變量是催化劑的種類(lèi) B.該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明酶具有高效性 C.該實(shí)驗(yàn)如果將肝臟進(jìn)行研磨,效果會(huì)更好 D.該實(shí)驗(yàn)的因變量是肝臟質(zhì)量的變化
5、【解析】 上述實(shí)驗(yàn)的因變量為過(guò)氧化氫的分解速率,而不是肝臟質(zhì)量的變化。 【答案】 D 2.下列關(guān)于酶的敘述中正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):19040190】 A.酶能調(diào)節(jié)生物體的生命活動(dòng) B.一般說(shuō)來(lái),活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶 C.酶都是在核糖體上合成的 D.所有的酶與雙縮脲試劑發(fā)生作用,都可產(chǎn)生紫色反應(yīng) 【解析】 本題考查的是酶的產(chǎn)生、化學(xué)本質(zhì)和作用。酶具有催化作用,不能調(diào)節(jié)生物體的生命活動(dòng);酶由活細(xì)胞產(chǎn)生;酶絕大部分是蛋白質(zhì),在核糖體上合成,可與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng),少部分是RNA,不是在核糖體上合成,不能與雙縮脲試劑反應(yīng)呈紫色。 【答案】 B 3.下圖為酶的作用模型,識(shí)圖并結(jié)
6、合有關(guān)知識(shí)判斷下列敘述有誤的是 ( ) A.無(wú)酶催化時(shí),發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的活化能較高 B.酶起作用的部位是細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外 C.酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸 D.圖中的a指發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需提供的能量 【解析】 圖示的a是有酶催化時(shí),發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降低的活化能。 【答案】 D 酶 的 特 性 1.酶的特性 提示:①-b?、冢璫?、郏璦 2.溫度和pH對(duì)酶活性的影響 (1)酶活性的概念:酶對(duì)化學(xué)反應(yīng)的催化效率。 (2)下列是溫度和pH對(duì)酶活性的影響示意圖,請(qǐng)寫(xiě)出其中某點(diǎn)或某段表示的含義。 ①P點(diǎn):最適溫度;Q點(diǎn):最適pH。 ②偏離P點(diǎn)或Q點(diǎn):酶
7、的活性降低。 ③溫度過(guò)高、pH過(guò)高或過(guò)低時(shí):酶失活。 [合作探討] 探討1:許多加酶洗衣粉標(biāo)有“請(qǐng)勿用60 ℃以上的熱水,以免洗衣粉失效”。你能說(shuō)出其中的理論依據(jù)嗎? 提示:溫度過(guò)高會(huì)影響酶的活性,甚至酶會(huì)因高溫變性而失活。 探討2:如何利用“淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林試劑”探究酶具有專一性? 提示:在淀粉、蔗糖溶液中分別滴加等量淀粉酶和斐林試劑,據(jù)是否生成磚紅色沉淀(水浴加熱)予以判斷。 探討3:從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)方面分析,在過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高的條件下,酶為什么會(huì)失活?該如何保存酶? 提示:過(guò)酸、過(guò)堿和高溫使蛋白質(zhì)變性失活,應(yīng)在低溫和適宜pH下保存酶。 [思維升華]
8、 1.表示酶高效性的曲線(圖1) 圖1 圖2 (1)與無(wú)機(jī)催化劑相比,酶的催化效率更高。 (2)催化劑只會(huì)縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需的時(shí)間,不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。 2.表示酶專一性的曲線(圖2) (1)在A反應(yīng)物中加入酶A,反應(yīng)速率較未加酶時(shí)明顯加快,說(shuō)明酶A催化A反應(yīng)物的反應(yīng)。 (2)在A反應(yīng)物中加入酶B,反應(yīng)速率和未加酶時(shí)相同,說(shuō)明酶B不催化A反應(yīng)物的反應(yīng)。 3.底物濃度和酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 甲 乙(在底物充足情況下) (1)甲圖:在其他條件適宜、酶量一定的情況下,酶促反應(yīng)速率隨底物濃度增加而加快,但當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到一定濃度后,受酶數(shù)
9、量和酶活性限制,酶促反應(yīng)速率不再增加。 (2)乙圖:在底物充足、其他條件適宜的情況下,酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比。 4.溫度、pH對(duì)酶活性的影響 圖a 圖b 圖c (1)圖a說(shuō)明:①在最適pH時(shí),酶的催化作用最強(qiáng),高于或低于最適pH,酶的催化作用將減弱。 ②過(guò)酸、過(guò)堿都會(huì)使酶失活。 ③不同的酶最適pH不同。 (2)圖b說(shuō)明:①在一定溫度范圍內(nèi),隨溫度的升高,酶的催化作用增強(qiáng),超過(guò)這一范圍酶催化作用將減弱。 ②低溫只會(huì)抑制酶的活性,而高溫會(huì)使酶失活。 (3)圖c說(shuō)明:反應(yīng)溶液中酸堿度的變化不影響酶作用的最適溫度。 1.下列關(guān)于酶催化特性的敘述,正確
10、的是( ) A.低溫降低分子運(yùn)動(dòng)速率,抑制酶的活性 B.高溫激發(fā)酶的活性,提高酶促反應(yīng)速率 C.增大底物的濃度,酶促反應(yīng)速率可以持續(xù)上升 D.增加酶的物質(zhì)量,酶促反應(yīng)的產(chǎn)物量隨之增加 【解析】 低溫降低分子運(yùn)動(dòng)速率,從而抑制酶的活性;溫度過(guò)高使酶失活,可降低酶促反應(yīng)速率;增大底物的濃度,酶促反應(yīng)速率還受酶濃度的影響。 【答案】 A 2.下列A、B、C三圖表示酶濃度一定時(shí),反應(yīng)速率和反應(yīng)物濃度、溫度、pH的關(guān)系,請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。 【導(dǎo)學(xué)號(hào):19040191】 A B C (1)圖A中,反應(yīng)物達(dá)到某一濃度時(shí),反應(yīng)速率不再上升,其原因是____
11、____________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)圖B中,b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度稱____________________________________。 (3)圖C中,c點(diǎn)到d點(diǎn)的曲線急劇下降,其原因是 ____________________________________________________________。 (4)將裝有酶與反應(yīng)物的甲、乙兩支試管分別放入12 ℃和75
12、 ℃的水浴鍋中,20 min后取出,轉(zhuǎn)入37 ℃的水浴鍋中保溫,兩試管內(nèi)的反應(yīng)情況分別是:甲:________,乙________。 【答案】 (1)受反應(yīng)液中酶濃度的限制 (2)酶反應(yīng)的最適溫度 (3)pH升高,酶活性下降 (4)速度加快 不反應(yīng) 探 究 影 響 酶 活 性 的 因 素 ( 實(shí) 驗(yàn) ) 1.探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)原理 (2)溫度影響酶的活性,從而影響淀粉的水解。滴加碘液后,根據(jù)是否出現(xiàn)藍(lán)色及藍(lán)色的深淺來(lái)判斷酶的活性。 2.探究pH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)原理 (1)H2O2H2O+O2 (2)pH影響酶活性,從而影響氧氣的生成量,可用點(diǎn)燃但無(wú)火焰
13、的衛(wèi)生香的燃燒情況來(lái)檢驗(yàn)氧氣生成量的多少。 [合作探討] 探討1:能否用H2O2溶液來(lái)探究溫度對(duì)酶活性的影響? 提示:不能。H2O2溶液在高溫時(shí)會(huì)分解,實(shí)驗(yàn)中的變量不是單一的,影響對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。 探討2:在探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)中,能否用斐林試劑來(lái)檢測(cè)? 提示:不能。因?yàn)殪沉衷噭┡c還原糖只有在加熱的條件下才有磚紅色沉淀生成,而該實(shí)驗(yàn)需嚴(yán)格控制不同的溫度。 探討3:下面是某同學(xué)探究溫度對(duì)淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟,該同學(xué)的設(shè)計(jì)是否合理? 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容 試管1 試管2 試管3 1 加入等量的可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2
14、 加入等量的新鮮淀粉酶溶液 1 mL(5分鐘) 1 mL (5分鐘) 1 mL(5分鐘) 3 控制不同的溫度條件 60 ℃熱水(5分鐘) 沸水(5分鐘) 冰塊(5分鐘) 4 加入等量的碘液 1滴 1滴 1滴 5 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 不出現(xiàn)藍(lán)色(呈現(xiàn)碘液顏色) 藍(lán)色 藍(lán)色 提示:不合理,淀粉溶液和淀粉酶溶液在沒(méi)有達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)混合,淀粉酶即發(fā)揮催化作用。對(duì)自變量的控制不準(zhǔn)確。 [思維升華] 1.探究溫度對(duì)酶活性的影響 (1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路 (2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序 淀粉 淀粉酶 ↓ ↓ 各自在所控制的溫度下處理一段時(shí)間
15、 ↓ 淀粉與相應(yīng)溫度的淀粉酶混合 ↓ 在各自所控制的溫度下保溫一段時(shí)間 ↓ 滴加碘液,觀察顏色變化 2.探究pH對(duì)酶活性的影響 (1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容 試管1 試管2 試管3 1 注入等量的過(guò)氧化氫酶溶液 2滴 2滴 2滴 2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸餾水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的NaOH 3 注入等量的3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL 4 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 有大量氣泡產(chǎn)生 無(wú)氣泡產(chǎn)生 無(wú)氣泡產(chǎn)生 5 將帶火星的衛(wèi)生香插入
16、試管內(nèi)液面的上方 燃燒劇烈 燃燒較弱 燃燒較弱 1.下列有關(guān)酶實(shí)驗(yàn)的敘述,正確的是( ) A.探究溫度和pH對(duì)酶活性的影響時(shí),分別選用淀粉和H2O2作為底物 B.探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的作用時(shí),可用碘液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 C.用H2O2作底物驗(yàn)證酶的高效性時(shí),通過(guò)測(cè)定氣泡或者氧氣釋放的多少可達(dá)到目的 D.探究淀粉酶的最適溫度的實(shí)驗(yàn)順序:淀粉+淀粉酶→置于相應(yīng)水浴溫度5 min→滴斐林試劑加熱→觀察溶液顏色變化 【解析】 探究溫度對(duì)酶活性的影響時(shí)可以用淀粉,探究pH對(duì)酶活性的影響時(shí)可以用H2O2,故A正確。探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖作用時(shí),不能用碘液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,因?yàn)榈庖簩?duì)蔗糖或蔗
17、糖水解的產(chǎn)物都沒(méi)有顏色反應(yīng),故B錯(cuò)誤。用過(guò)氧化氫做底物驗(yàn)證酶的高效性時(shí),可以通過(guò)觀察氣泡或氧氣的釋放速率來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,由于底物的量是一定的,所以?shí)驗(yàn)組和對(duì)照組最終氧氣的釋放量相同,故C錯(cuò)誤。探究淀粉酶的最適溫度的實(shí)驗(yàn)應(yīng)先將淀粉置于相應(yīng)溫度下然后在相應(yīng)溫度下加酶,且不能用斐林試劑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,故D錯(cuò)誤。 【答案】 A 2.某小組在探究“影響酶活性的條件”的實(shí)驗(yàn)時(shí),提出“過(guò)氧化氫酶的活性是否受pH影響”的問(wèn)題,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作步驟如下: 【導(dǎo)學(xué)號(hào):19040192】 ①向甲、乙兩試管內(nèi)各加入2 mL新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過(guò)氧化氫溶液。 ②向甲試管內(nèi)加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸,向
18、乙試管內(nèi)加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液。 ③向甲、乙兩試管內(nèi)各加入2滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的豬肝研磨液。 ④觀察試管中發(fā)生的變化。 請(qǐng)依據(jù)該小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)操作步驟,回答下列問(wèn)題: (1)該實(shí)驗(yàn)的自變量是________,過(guò)氧化氫分解速率是本實(shí)驗(yàn)的________,可觀測(cè)的指標(biāo)是________。 (2)上述操作步驟中存在明顯的缺陷,請(qǐng)指出:______________________ __________________________________________________________。 (3)將制備好的豬肝研磨液分別進(jìn)行高溫和冷藏處理。經(jīng)高溫處理后,實(shí)
19、驗(yàn)效果不明顯,冷藏處理不影響實(shí)驗(yàn)效果,原因是_______________________ ________________________________________________________。 (4)在與其他小組進(jìn)行交流時(shí),有同學(xué)建議進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn),以不同pH下出現(xiàn)同一結(jié)果所需要的時(shí)間來(lái)表示酶的活性,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖。該建議中,所需的時(shí)間越長(zhǎng),酶的活性越________。 【解析】 (1)探究pH影響酶活性的實(shí)驗(yàn)中,pH是自變量,過(guò)氧化氫的分解速率為因變量。 (2)實(shí)驗(yàn)應(yīng)讓加酸,加堿與加蒸餾水對(duì)照。 (3)過(guò)氧化氫酶是蛋白質(zhì),高溫會(huì)破壞蛋白質(zhì)的結(jié)
20、構(gòu)。 (4)產(chǎn)生等量的氧氣所用的時(shí)間越長(zhǎng),說(shuō)明酶的活性越低。 【答案】 (1)pH 因變量 試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量 (2)缺少加蒸餾水的對(duì)照 (3)過(guò)氧化氫酶是蛋白質(zhì),在高溫處理時(shí)蛋白質(zhì)變性,而冷藏時(shí)蛋白質(zhì)沒(méi)有變性 (4)低(或弱) 1.下列關(guān)于酶的敘述,正確的是( ) A.酶是具有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的 B.酶提供了反應(yīng)過(guò)程所必需的活化能 C.高溫或pH改變會(huì)導(dǎo)致酶結(jié)構(gòu)的改變 D.酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸 【解析】 本題考查酶的產(chǎn)生、作用和特點(diǎn)。酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的,作用是降低活化能。過(guò)酸、過(guò)堿和高溫都會(huì)改變酶分子的結(jié)構(gòu)。酶是生物催化劑,反應(yīng)前后酶分子的結(jié)構(gòu)不會(huì)
21、發(fā)生改變。 【答案】 C 2.下圖為酶催化反應(yīng)的過(guò)程示意圖,以數(shù)字編號(hào)的圖形分別表示反應(yīng)物、酶、生成物等反應(yīng)要素,其中表示酶的圖形編號(hào)是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):19040193】 A.① B.② C.③ D.④ 【解析】 從圖中可以看出圖形①參與酶催化的反應(yīng),并在反應(yīng)后能保持結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不變,故圖形①應(yīng)為酶。 【答案】 A 3.紡織工業(yè)上的褪漿工序常用兩種方法:化學(xué)法,需用NaOH 7~9克/升,在70 ℃~80 ℃條件下作用12小時(shí),褪漿率僅為50%~60%;加酶法,用少量細(xì)菌淀粉酶,在適宜溫度時(shí)只需5分鐘,褪漿率達(dá)100%,這一事實(shí)說(shuō)明( ) A.酶
22、具有多樣性 B.酶具有高效性 C.酶具有專一性 D.酶具有溶解性 【解析】 由題意可知,少量淀粉酶比NaOH褪漿所用時(shí)間短得多,褪漿率高得多,說(shuō)明酶具有高效性。 【答案】 B 4.下列環(huán)境因素的改變會(huì)使人體唾液淀粉酶的活性逐漸增大的是( ) A.溫度由0 ℃上升到37 ℃ B.溫度由100 ℃降低到37 ℃ C.pH由2上升到7 D.pH由12降低到7 【解析】 酶在高溫、過(guò)酸、過(guò)堿的條件下會(huì)失活變性,不再恢復(fù)。唾液淀粉酶的最適溫度是37 ℃,最適pH在7左右,因此B、C、D條件均失活變性了,故選A。 【答案】 A 5.如下圖分別表示溫度、pH與酶活性的關(guān)系,
23、敘述不正確的是( ) A.曲線A上的b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度表示該酶的最適溫度 B.人體內(nèi)胃蛋白酶的活性與曲線B相似 C.曲線B、C說(shuō)明不同的酶有不同的最適pH D.酶活性隨溫度的升高而增強(qiáng) 【解析】 讀圖知酶活性在最適溫度前隨溫度升高而增強(qiáng),過(guò)了最適溫度之后就降低甚至失活。 【答案】 D 課堂小結(jié): 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.細(xì)胞代謝是細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都進(jìn)行著的各種化學(xué)反應(yīng),是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。 2.加熱使反應(yīng)物獲得了能量,加快反應(yīng)速率。 3.同無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,因而催化效率更高。 4.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物,其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。 5.酶具有專一性和高效性,作用條件較溫和。 6.低溫抑制酶活性,但不破壞酶的分子結(jié)構(gòu)。 7. 高溫、過(guò)酸、過(guò)堿都會(huì)導(dǎo)致酶分子結(jié)構(gòu)破壞而永久失去活性。 13
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