版高考生物一轮总复习第五单元遗传的分子基础第18讲遗传信息的传递和表达学案0402286.docx
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版高考生物一轮总复习第五单元遗传的分子基础第18讲遗传信息的传递和表达学案0402286
第18讲 遗传信息的传递和表达
考试标准
必考
加试
考试标准
必考
加试
1.DNA分子的复制
b
b
5.转录、翻译的概念和过程
b
b
2.活动:
探究DNA的复制过程
c
c
6.遗传密码、中心法则
b
b
3.DNA的功能
a
a
7.基因的概念
b
b
4.DNA与RNA的异同
b
b
8.复制、转录和翻译的异同
b
考点一 DNA分子的复制
DNA分子复制的时间、场所、条件、特点和意义
概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
场所
细胞核(主要)
条件
模板:
亲代DNA的两条链;
原料:
游离的4种脱氧核苷酸;
能量来源:
细胞呼吸产生的ATP;
酶:
解旋酶、DNA聚合酶等
原则
碱基互补配对原则
过程
解旋→合成与母链互补的子链→形成子代DNA分子
特点
边解旋边复制;半保留复制
结果
1个DNA分子→2个DNA分子
意义
将遗传信息从亲代传给了子代,保持了前后代遗传信息的连续性
思考讨论
1.如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,思考回答:
(1)图中显示DNA分子复制是从多个起点开始的,但并非同时进行。
(2)图中显示DNA分子复制是边解旋边双向复制的。
(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。
(4)一个细胞周期中每个起点一般只起始1次,若为转录时解旋,则每个起点可起始多次。
2.下图为染色体上DNA分子的复制过程,请据图回答问题:
(1)请填充图中空白处内容。
(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟红细胞,是否都能进行DNA分子的复制?
提示 蛙的红细胞进行无丝分裂,可进行DNA分子的复制;哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核,也无各种细胞器,不能进行DNA分子的复制。
(3)上图所示DNA复制过程中形成的两个子DNA位置如何?
其上面对应片段中基因是否相同?
两个子DNA将于何时分开?
提示 染色体复制后形成两条姐妹染色单体,刚复制产生的两个子DNA分子即位于两条姐妹染色单体中,由着丝粒相连。
其对应片段所含基因在无突变等特殊变异情况下应完全相同。
两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时,随两条姐妹染色单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。
3.DNA复制过程中的数量关系
DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结构分析如下:
(1)子代DNA分子数为2n个。
①含有亲代链的DNA分子数为2个。
②不含亲代链的DNA分子数为2n-2个。
③含子代链的DNA分子数为2n个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条。
①亲代脱氧核苷酸链数为2条。
②新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2条。
(3)消耗脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
题型一 DNA分子的复制过程和特点
1.(2017·浙江4月选考)若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,培养至第二次分裂中期。
下列叙述正确的是( )
A.每条染色体中的两条染色单体均含3H
B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
C.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H
D.每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H
答案 A
解析 若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,在间期的S期时DNA复制1次,所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA都只有1条链被标记,培养至第二次分裂中期,每条染色体中的两条染色单体均含3H标记。
2.(2016·温州3月选考)下列关于DNA复制的叙述中正确的是( )
A.需要解开DNA的双螺旋结构
B.以DNA分子的一条链作为模板
C.以4种游离的核糖核苷酸作为原料
D.A与U互相配对,G与C互相配对
答案 A
解析 DNA复制过程中,需要在相关酶的作用下进行解旋,以解旋的两条链为模板,以四种游离的脱氧核苷酸为原料,按A与T、G与C的配对原则合成子链。
题型二 DNA分子复制的相关计算
3.(2016·杭州五校联考)下列关于DNA的相关计算,正确的是( )
A.具有1000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则每一条链上都具有胞嘧啶200个
B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需2n·m个胸腺嘧啶
C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1·m个胸腺嘧啶
D.无论是双链DNA还是单链DNA,(A+G)所占的比例均是1/2
答案 C
解析 具有1000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则DNA中含胞嘧啶400个,因此一条链上的胞嘧啶数可为0~400个,A项错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后DNA数由1个变为2n个,因此需要(2n-1)·m个胸腺嘧啶,其第n次复制,DNA数由2n-1个变为2n个,这一过程需要(2n-2n-1)·m=2n-1·m个胸腺嘧啶,B项错误,C项正确;只有在双链DNA中才遵循卡伽夫法则,即A=T、G=C,在单链DNA中不存在这一关系,因此只有双链DNA中(A+G)所占的比例为1/2,单链DNA中该比值不一定为1/2,D项错误。
4.一个双链均被32P标记的DNA分子由5000个碱基对组成,其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。
下列叙述不正确的是( )
A.该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104个
B.复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D.子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
答案 B
解析 由题意可知,该DNA分子中,A=T=10000×20%=2000(个),C=G=10000×30%=3000(个),则含有的氢键数为2000×2+3000×3=1.3×104(个);DNA复制3次形成8个DNA分子,需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3000×7=2.1×104(个);子代DNA分子中含有32P的单链与含有31P的单链之比为1∶7;子代DNA分子中含有32P的分子数与只含有31P的分子数之比为2∶6=1∶3。
考点二 遗传信息的表达
1.DNA的功能
(1)携带遗传信息:
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
(2)传递遗传信息:
以自身为模板,半保留地进行复制,保持遗传信息的稳定性。
(3)表达遗传信息:
DNA能根据它所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
2.RNA的结构与分类
3.遗传信息的转录和翻译
(1)转录
(2)翻译
①场所或装配机器:
核糖体。
②条件
③遵循原则:
碱基互补配对原则。
④产物:
多肽链(
蛋白质)。
在一个mRNA上有若干个核糖体同时进行翻译,提高了翻译的效率。
(3)密码子和反密码子
①密码子存在于mRNA上,共有64种。
决定氨基酸的密码子有61种;终止密码子有3种,不决定氨基酸;起始密码子有2种,决定氨基酸。
②反密码子存在于tRNA上。
③生物界的遗传密码是统一的,这可以作为生物界统一性的证据。
4.中心法则与基因的概念
(1)中心法则
①提出者:
克里克。
②要点:
遗传信息由DNA传递到RNA,然后由RNA决定蛋白质的特异性。
③内容图解(用简式表示):
。
(2)基因
①作用:
遗传的一个基本功能单位,它在适当的环境条件下控制生物的性状。
②与染色体的关系:
以一定的次序排列在染色体上。
③本质:
有功能的核酸分子片断,在大多数生物中是一段DNA,而在RNA病毒中则是一段RNA。
思考讨论
1.观察下图比较转录和翻译
试写出与①②有关的知识:
过程
①
②
名称
转录
翻译
场所
主要是细胞核
核糖体
模板
DNA的一条链
mRNA
原料
4种游离的核糖核苷酸
20种氨基酸
产物
RNA
多肽链
2.遗传信息、密码子与反密码子的比较
项目
位置
作用
数量
遗传
信息
在DNA上(RNA病毒除外)
间接决定着蛋白质中的氨基酸的排列顺序,决定性状
不同基因遗传信息不同
密码子
在mRNA上
直接决定蛋白质中氨基酸的排列顺序
64种(3种终止密码子、61种决定氨基酸的密码子)
反密
码子
在tRNA上
识别密码子序列,运输相应氨基酸
理论上61种
3.遗传信息、密码子、反密码子的对应关系
(1)一种密码子只能对应一种氨基酸,但一种氨基酸可以不止由一种密码子决定。
(2)一种tRNA只能转运一种氨基酸,但一种氨基酸可不止由一种tRNA转运。
4.翻译过程中多聚核糖体的分析
(1)图甲表示真核细胞的翻译过程,图中①是mRNA,⑥是核糖体,翻译的方向是自右向左,判断依据是根据多肽链的长短。
Ⅰ.蛋白质合成的结果:
合成的仅是多肽链,要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
Ⅱ.讨论:
②、③、④、⑤表示合成了几条多肽链?
是否相同?
提示 图示中的4个核糖体合成了4条多肽链;因为模板mRNA相同,所以合成的4条多肽链也完全相同。
(2)图乙表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA,分别结合多个核糖体同时进行翻译过程。
DNA复制、转录和翻译的比较(加试)
项目
复制
转录
翻译
场所
主要发生在细胞核中,也可在线粒体、叶绿体内进行
主要发生在细胞核中,也可在线粒体、叶绿体内进行
核糖体
时间
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
生物的生长发育过程中
条
件
模板
亲代DNA分
子的两条链
DNA分子的一条链
mRNA
原料
4种脱氧
核苷酸
4种核糖
核苷酸
20种氨基酸
其他
解旋酶、DNA聚合酶和能量
RNA聚合酶、能量
酶、能量、tRNA
碱基配
对方式
A-T、T-A
C-G、G-C
A-U、T-A
C-G、G-C
A-U、U-A
C-G、G-C
过程
DNA边解旋边以两条链为模板,按碱基互补配对原则,合成两条子链,子链与对应母链螺旋形成子代DNA
DNA解旋,以其中一条链为模板,按碱基互补配对原则形成mRNA(单链),mRNA进入细胞质中与核糖体结合
以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的多肽链
遗传信息传递方向
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
特点
边解旋边复制,半保留复制
边解旋边转录,转录结束后的DNA仍保留原来的双链结构
mRNA分子可与多个核糖体结合,同时进行多条肽链的合成
产物
两个双链DNA分子
RNA
多肽或蛋白质
联系
题型一 DNA与RNA的比较
1.(2017·台州二模)下列有关遗传的分子基础的叙述,正确的是( )
A.DNA有氢键,RNA没有氢键
B.转录时RNA聚合酶的识别位点在RNA分子上
C.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸
D.肺炎双球菌转化实验证明DNA是主要的遗传物质
答案 C
解析 DNA有氢键,一些特殊的RNA(如tRNA)也存在氢键,A项错误;转录时RNA聚合酶的识别位点在DNA分子上的启动子上,B项错误;细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸,C项正确;肺炎双球菌转化实验证明DNA是遗传物质,D项错误。
2.关于DNA与RNA的叙述,错误的是( )
A.DNA一般为双链,两条脱氧核苷酸链反向平行
B.RNA能携带遗传信息,可作为生物的遗传物质
C.一条链上的两个相邻碱基均由五碳糖—磷酸—五碳糖连接
D.
比例的多样性体现了DNA分子的特异性
答案 D
解析 DNA一般为双链,两条脱氧核苷酸链反向平行,A项正确;RNA能携带遗传信息,可作为生物的遗传物质,如RNA病毒,B项正确;一条链上的两个相邻碱基均由五碳糖—磷酸—五碳糖连接,C项正确;由于DNA分子中A=T、C=G,
=1,不能体现DNA分子的特异性,D项错误。
核酸种类的判断方法
(1)单链DNA和双链DNA的判断:
若:
⇒一般为双链DNA
若:
嘌呤≠嘧啶⇒单链DNA
(2)DNA和RNA合成的判断:
用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。
若大量消耗T,可推断正发生DNA的合成;若大量利用U,可推断正进行RNA的合成。
题型二 遗传信息的表达
3.下面甲、乙两图为真核细胞中发生的代谢过程的示意图,有关说法正确的是( )
A.甲图所示的过程叫做翻译,多个核糖体共同完成一条多肽链的合成
B.乙图所示过程叫做转录,转录产物的作用一定是作为甲图中的模板
C.甲图所示翻译过程的方向是从右到左
D.甲图和乙图中都发生了碱基互补配对且碱基互补配对方式相同
答案 C
解析 由甲图可知,翻译过程中一个mRNA分子上结合多个核糖体,同时合成多条肽链,A项错误;转录产物有信使RNA、转运RNA和核糖体RNA三种,而翻译的模板只是信使RNA,B项错误;甲图中多肽链②最长,说明合成该多肽链的核糖体是最早与mRNA结合的,因此核糖体在mRNA上的移动方向是从右到左,C项正确;转录和翻译过程中都发生了碱基互补配对,但碱基互补配对方式不完全相同,D项错误。
4.(2017·浙江名校协作体高三试题)下图表示真核生物细胞核中mRNA合成过程,下列有关叙述正确的是( )
A.图中①是编码链
B.图中③表示RNA聚合酶,能与RNA分子的启动部位结合
C.图中的转录是从左向右进行的
D.图中④合成后直接与核糖体结合并控制蛋白质的合成
答案 C
解析 图中①为模板链,②为编码链;③表示RNA聚合酶,能与DNA分子的启动部位结合;根据RNA的形态可知,转录从左向右进行;真核细胞中④合成后,在细胞核内加工成mRNA,然后从核孔出来进入细胞质与核糖体结合。
题型三 复制、转录和翻译的异同(加试)
5.(2016·浙江4月选考)遗传信息的传递过程如图所示,其中①~④表示四种不同的物质。
下列叙述错误的是( )
A.①复制时,2条链均可作为模板链
B.形成②时,需沿整条DNA长链进行
C.密码子CUU编码③所携带的氨基酸
D.②上可同时结合多个核糖体形成多条④
答案 B
解析 ①是DNA分子,DNA复制时2条链均可作为模板链,A项正确;②是mRNA分子,形成mRNA分子,转录时并不是沿着整条DNA长链进行的,转录是以DNA分子上的基因区段为模板进行的,B项错误;③是tRNA,其上的反密码子是GAA,与mRNA上的密码子CUU配对,故密码子CUU编码③所携带的氨基酸,C项正确;②mRNA上可结合多个核糖体形成多聚核糖体,每个核糖体上均可形成1条相同的肽链(④),D项正确。
6.图中a、b、c表示生物体内三种生理过程。
下列叙述正确的是( )
A.a过程发生的唯一场所是细胞核
B.转运1号氨基酸的RNA含有起始密码
C.在不同功能细胞中进行b过程的基因不完全相同
D.分生区细胞能进行b、c过程,不能进行a过程
答案 C
解析 a为DNA复制过程,在真核细胞中,主要场所是细胞核,其次是线粒体和叶绿体,A项错误;密码子位于信使RNA上,反密码子在转运RNA上,B项错误;不同功能细胞中进行b转录过程属于基因的选择性表达,表达的基因存在差异,C项正确;分生区的细胞通过有丝分裂进行增殖,故能进行b和c过程以及a过程,D项错误。
题型四 中心法则
7.(2017·余姚中学高三期中)如图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程,下列叙述错误的是( )
A.①②③④⑤⑥均遵循碱基互补配对原则
B.劳氏肉瘤病毒可进行⑤⑥过程
C.DNA聚合酶可来自②③过程
D.进行④过程的生物含有逆转录酶
答案 B
解析 图中各过程都遵循碱基互补配对原则,A项正确;劳氏肉瘤病毒属于逆转录病毒,可进行①②③④过程,B项错误;DNA聚合酶属于蛋白质,而蛋白质的合成包括②转录和③翻译两个过程,C项正确;④是逆转录过程,因此进行④过程的生物含有逆转录酶,D项正确。
8.结合下图分析,下列叙述错误的是( )
A.生物的遗传信息贮存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B.核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C.遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础
D.编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
答案 D
解析 生物的遗传物质是DNA或RNA,则遗传信息贮存在DNA或RNA的核苷酸序列中,A项正确;由于密码子的简并性,核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质,B项正确;表现型通过蛋白质表现,故遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础,C项正确;编码蛋白质的基因含两条单链,碱基序列互补,遗传信息不同,D项错误。
题型五 基因与DNA、性状的关系
9.(2017·浙江4月选考)下列关于DNA、RNA和基因的叙述,错误的是( )
A.基因是具有遗传效应的核酸分子片段
B.遗传信息通过转录由DNA传递到RNA
C.亲代DNA通过复制在子代中表达遗传信息
D.细胞周期的间期和分裂期均有RNA的合成
答案 C
解析 基因是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段,在大多数生物中是一段DNA,而在RNA病毒中则是一段RNA,A项正确;遗传信息通过转录由DNA传递到RNA,B项正确;亲代DNA通过复制在子代中传递遗传信息,遗传信息的表达是指转录和翻译,C项错误;细胞周期的间期和分裂期均有RNA的合成,D项正确。
10.牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图:
从图中不能得出的结论是( )
A.花的颜色由多对基因共同控制
B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢
C.生物性状由基因决定,也受环境影响
D.若基因①不表达,则基因②和基因③不表达
答案 D
解析 花青素决定花的颜色,而花青素的合成是由多对基因共同控制的,A项正确;基因①②③分别通过控制酶1、2、3的合成来控制花青素的合成,B项正确;花青素在不同酸碱条件下显示不同颜色,说明环境因素也会影响花色,C项正确;基因具有独立性,基因①不表达,基因②和基因③仍然能够表达,D项错误。
考点三 活动:
探究DNA的复制过程
1.实验原理
(1)实验方法:
同位素示踪技术和密度梯度离心技术。
(2)实验原理:
若DNA的两条链都用15N标记,那么DNA分子密度较大,离心后应该在试管的下部;若两条链中都含有14N,那么DNA分子密度较小,离心后应该在试管的上部;若DNA的两条链中一条含有15N,一条含有14N,那么DNA分子密度居中,离心后应该在试管的中部。
2.实验过程
3.实验分析
预期结果a:
若第二代DNA分子中15N‖15N占1/2,14N‖14N占1/2;第三代DNA分子中15N‖15N占1/4,
14N‖14N占3/4,说明DNA复制方式是全保留复制。
预期结果b:
若第二代DNA分子全部是15N‖14N;第三代DNA分子中15N‖14N占1/2,14N‖14N占1/2,说明DNA复制方式是半保留复制。
4.实验结论
实验结果与预期b一致,表明DNA的复制方式为半保留复制。
思考讨论
1.DNA是肉眼看不见的,如何才能分辨DNA的复制方式呢?
提示 回忆以前学习过的经典实验,我们要追踪亲代DNA的两条链在子代DNA中出现的情况,要采用化学上的同位素标记法和物理学的梯度离心法。
2.影响DNA复制的外界因素有哪些?
提示
DNA半保留复制的实验过程分析
(1)实验预期:
离心后应出现3条DNA带。
①重带(密度最大):
两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带(密度居中):
一条链为14N标记,另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带(密度最小):
两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(2)过程分析
①立即取出,提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出,提取DNA→离心→全部中带。
③繁殖两代后取出,提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
(3)实验结论:
DNA的复制是以半保留方式进行的。
题型一 实验基础
1.(2017·浙江模拟)如图表示采用同位素示踪技术和离心处理来探究DNA复制方式的过程图解,下列说法错误的是( )
A.轻带表示14N-14N的DNA分子
B.证明DNA的复制方式为半保留复制
C.细菌繁殖三代后取样,提取DNA,离心后试管中出现三条条带
D.若将DNA双链分开来离心,则b、c两组实验结果相同
答案 C
解析 轻带表示14N-14N的DNA分子,A项正确;据分析可知,该实验可以证明DNA的复制方式为半保留复制,B项正确;细菌繁殖三代后取样,提取DNA,离心后试管中出现2条条带,一条中带,一条轻带,C项错误;若将DNA双链分开来离心,则实验结果均为一条重带,一条轻带,D项正确。
2.(2017·台州模拟)将15N标记的大肠杆菌(其DNA经密度梯度离心后如甲图),转至以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养,每20分钟繁殖一代,收集并提取DNA,进行密度梯度离心,如图为离心结果模拟图。
已知大肠杆菌DNA中胞嘧啶个数为X。
下列有关叙述正确的是( )
A.繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数
B.乙是转入14N培养基中复制一代的结果
C.出现丙结果至少需要40分钟
D.出现丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为4X
答案 A
解析 DNA中嘌呤数等于嘧啶数,故繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数,A正确;转入14N培养基中复制一代的结果是产生2个DNA,且均为一条链为14N,另一条链为15N,对应图丙,B错误;据B分析可知,出现丙结果至少需要20分钟,C错误;转入14N培养基中复制两代的结果是产生4个DNA,其中15N标记的只有2个DNA(一条链为14N,另一条链为15N),其余的2个DNA均为14N标记,对应图丁,出现丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为3X,D错误。
只含15N的DNA(0代)在含14N的环境中进行复制时,DNA分子数、脱氧核苷酸链数的变化
世
代
DNA分子特点
DNA中脱氧核
苷酸链的特点
分子
总数
细胞中DNA分子在离心管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
链
总
数
不同脱氧核苷酸链占全部链之比
只含
15N的
DNA分子
含14N、15N的DNA分子
只含14N的DNA分子
含15N的链
含14N
的链
0
1
全在底部
1
0
0
2
1
0
1
2
全在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中、1/2上
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中、3/4上
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
2/2n中、1-2/2n上
0
2/2n
1-2/2n
2n+1
1/2n
1-1/2n
题型二 实验应用
3.(2017·浙江模拟)BrdU(5-溴脱氧尿嘧啶核苷酸)与胸腺嘧啶脱氧核苷酸结构类似,可与碱基A配对。
经姬姆萨染料染色,DNA
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