届高考生物二轮复习专题4酶与ATP学案新人教版doc.docx
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届高考生物二轮复习专题4酶与ATP学案新人教版doc
专题四 酶与ATP
构建网络·串联知识
YAODIANZHENGHEZICEPAICHA
要点整合·自测排查
酶在细胞代谢中的作用
一、整合主干知识
1.酶与激素的异同
产生
化学本质
作用机制
相同点
激素
内分泌细胞
蛋白质、多肽、固醇等
作为信号分子作用于相应的靶细胞,并在发挥作用后被灭活
都具有微量、高效的特点,也都具有一定的特异性
酶
所有的活细胞
绝大多数为蛋白质,少数为RNA
作为催化剂降低反应的活化能,在化学反应的前后,其质量与化学性质均不发生改变
2.常考必记的7类酶
3.酶的作用机理、特性及影响因素的曲线
(1)酶的作用原理曲线:
①由图可知,酶的作用原理是降低反应的活化能
②若将酶变为无机催化剂,则b在纵轴上向上移动。
用加热的方法不能降低活化能,但会提供活化能
(2)酶的特性曲线:
①图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较,表明酶具有高效性
②图2中两曲线比较,表明酶具有专一性
(3)影响酶促反应速率的因素曲线:
①分析图1和图2:
温度和pH通过影响酶的活性来影响酶促反应速率
②分析图3:
OP段的限制因素是底物浓度,P点以后的限制因素则是酶浓度
4.探究酶的特性和影响酶活性的因素
(1)验证酶的本质和作用
实验名称
对照组
实验组
衡量标准
验证某种酶的本质是蛋白质
已知蛋白液+双缩脲试剂
待测酶液+双缩脲试剂
是否出现紫色
验证酶具有催化作用
底物+适量蒸馏水
底物+等量的相应酶溶液
底物分解速率
验证酶具有专一性
底物+相应酶液
不同底物+相同酶液
底物是否分解
验证酶具有高效性
底物+无机催化剂
底物+等量的相应酶溶液
底物分解速率
(2)探究酶的最适温度或最适pH的实验设计思路
二、自测排查
(1)发烧时,食欲减退是因为唾液淀粉酶失去了活性(×)
(2)口服多酶片中的胰蛋白酶可在小肠中发挥作用(√)
(3)滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解及滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率均涉及降低化学反应活化能原理(√)
(4)同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同,代谢不同(×)
(5)细胞内蛋白质发生水解时,通常需要另一种蛋白质的参与(√)
(6)在细胞中,核外没有参与DNA合成的酶(×)
(7)由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性(×)
(8)过酸、过碱或温度过高、过低,都会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活(×)
三、边角扫清
1.设计简单的实验验证从刀豆种子中提取的脲酶是蛋白质,请说明实验思路。
提示:
向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩脲试剂,若都出现紫色反应,则说明脲酶是蛋白质。
2.酶制剂适于在低温(0~4℃)下保存的原因。
提示:
在0~4℃时,酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性可以升高,因此酶制剂适于在低温(0~4℃)下保存。
3.溶菌酶为什么具有抗菌消炎作用?
细菌性溶菌酶能否用于真菌感染?
提示:
溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁,起到抗菌消炎的作用。
由于真菌和细菌细胞壁的成分不同和酶具有专一性等原因,细菌性溶菌酶不能用于真菌感染。
ATP在细胞代谢中的作用
一、整合主干知识
1.ATP的结构和组成
2.ATP的合成、利用与细胞代谢的关系
3.ATP产生与O2间的关系
(1)A点时ATP产自无氧呼吸。
(2)B点后ATP产生量不再随O2供给量增加而增加,其限制因子可能为酶、ADP、磷酸等。
二、自测排查
(1)淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成(2017·海南高考,T5A)(×)
(2)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量(2017·海南高考,T10D)(×)
(3)DNA与ATP中所含元素的种类相同(√)
(4)在生物体的活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行(×)
(5)在有氧和缺氧的条件下,酵母菌细胞质基质中都能形成ATP(√)
(6)ATP在细胞中的含量高,以满足生命活动的需要(×)
(7)细胞内ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生(√)
三、边角扫清
1.ATP结构中的A是由哪些物质组成的?
ATP与腺嘌呤核糖核苷酸是什么关系?
提示:
ATP结构中的A是由腺嘌呤与核糖结合而成的,ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分即为腺嘌呤核糖核苷酸。
2.萤火虫尾部的发光细胞能发出荧光的原理是。
提示:
萤火虫尾部的发光细胞含有荧光素和荧光素酶。
荧光素接受ATP提供的能量后被激活,在荧光素酶的催化作用下,激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并发出荧光。
YANJIUKAOTIJIENANPEIYOU
研究考题·解难培优
理解酶的核心概念和酶在细胞代谢中的作用
题点1 酶的本质、作用、特性
1.(2020·山东省高三一模)抗体酶又称催化抗体,是一类免疫球蛋白,其结构如下图所示,它既具有相应的免疫活性,又能像酶那样催化某种化学反应。
下列有关叙述不正确的是(D)
A.抗体酶与抗原、底物的结合均具有专一性的特点
B.抗体酶可使药物的前体物质在肿瘤组织中水解为活性分子,从而起杀伤作用
C.抗体酶能阻止病毒与靶细胞结合的机理可能是选择性地使病毒外壳蛋白发生水解
D.可通过蛋白质工程对特异抗体的抗原结合位点进行空间改造,使其获得催化功能
【解析】 抗体酶具有典型的酶反应特性,即也具有高效性、专一性,A正确;以肿瘤细胞表面抗原的单克隆抗体与酶的交联物以及该酶可以催化的前体药物所组成的这一系统,可以在肿瘤组织局部催化无活性的前体药物,使之成为对肿瘤细胞具有高度杀伤活性的分子,从而在体内对肿瘤细胞发挥选择性杀伤作用,B正确;抗体酶还可有选择地使病毒外壳蛋白的肽键裂解,从而防止病毒与靶细胞结合,C正确;借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入到特异抗体的抗原结合位点上,使其获得催化功能,D错误。
2.(2020·重庆一中高三期中)酶是细胞中重要的生物催化剂,但是酶的催化作用也可能受到一些化学物质的抑制。
例如非竞争性抑制剂能改变酶的空间结构,使酶不能与底物(反应物)结合,从而使酶失去催化活性。
下列叙述正确的是(C)
A.非竞争性抑制剂使酶不能为化学反应提供活化能
B.非竞争性抑制剂对酶的抑制作用可以通过增加底物浓度的方式解除
C.非竞争性抑制剂与高温都能使酶的空间结构改变而失去催化活性
D.非竞争性抑制剂处理后的淀粉酶不能与双缩脲试剂发生紫色反应
【解析】 酶本身不能为化学反应提供活化能,而是降低化学反应的能量,A错误;题干信息可知,非竞争性抑制剂能改变酶的空间结构,使酶不能与底物(反应物)结合,从而使酶失去催化活性,故非竞争性抑制剂对酶的抑制作用不可以通过增加底物浓度的方式解除,B错误;非竞争性抑制剂与高温都能使酶的空间结构改变而失去催化活性,C正确;非竞争性抑制剂处理后的淀粉酶只是空间结构发生改变,但是肽键未断裂,故非竞争性抑制剂处理后的淀粉酶能与双缩脲试剂发生紫色反应,D错误。
易错易混:
走出有关酶的6个误区
错误观点
正确理解
酶的化学本质是蛋白质
绝大多数酶的化学本质是蛋白质,少数酶的化学本质是RNA(原料为氨基酸、核糖核苷酸,合成场所是核糖体、细胞核)
具有分泌功能的细胞才能产生酶
凡是活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶
酶具有调节、催化等多种功能
酶只起催化作用
酶只在细胞内起催化作用
既可在细胞内发挥作用,也可在细胞外、体外发挥作用
低温引起酶变性失活
低温下酶的活性降低,但不失活
加热和酶的作用机理相同
酶是降低反应活化能,加热是为反应提供能量
题点2 影响酶促反应的曲线分析
3.(2020·河北衡水市冀州区第一中学高三月考)图中甲曲线表示在最适温度下α淀粉酶催化淀粉水解的反应速率与淀粉浓度之间的关系,乙、丙两曲线表示α淀粉酶催化淀粉水解的反应速率随温度或pH的变化,下列相关分析正确的是(A)
A.乙、丙两曲线横轴对应的影响因素分别为温度和pH
B.分析曲线可知,e、g两点所示条件是短期内保存该酶的最适条件
C.d、f两点所示的α淀粉酶活性一致,该酶的空间结构都遭到破坏
D.若在a点升温或在bc段增加淀粉的浓度,都将使反应速率增大
【解析】 高温、过酸、过碱都会使酶失活,据此可推知:
乙曲线表示该酶促反应速率随温度的变化趋势,丙曲线表示该酶促反应速率随pH的变化趋势,因此乙、丙两曲线横轴对应的影响因素分别为温度和pH,A正确;e点对应的横轴数值表示该酶的最适温度,g点对应的横轴pH数值对该酶而言属于过酸,该酶的空间结构在一定程度上被破坏,因此e、g两点所示条件不是短期内保存该酶的最适条件,B错误;d、f两点所示的α淀粉酶活性一致,但d点(低温)时该酶的空间结构没有遭到破坏,f点(高温)时该酶的空间结构已遭到破坏,C错误;图中甲曲线表示在最适温度下α淀粉酶催化淀粉水解的反应速率与淀粉浓度之间的关系,若在a点升温,酶的活性减弱,反应速率将减小,bc段限制酶促反应速率的因素是α淀粉酶的浓度,增加淀粉的浓度,不会使反应速率增大,D错误。
4.(2020·山东省高三二模)温度会影响酶促反应速率,其作用机理可用坐标曲线表示如图。
其中a表示底物分子具有的能量,b表示温度对酶空间结构的影响,c表示酶促反应速率与温度的关系。
下列说法正确的是(C)
A.随着温度的升高,底物分子具有的活化能增加
B.处于曲线c中1、2位点酶分子活性是相同的
C.酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共同作用的结果
D.酶适于低温保存,原因是底物分子的能量低
【解析】 随着温度的升高,底物分子具有的能量升高,而不是活化能增加,A错误;曲线c中1、2点酶促反应的速率是一样的,但温度升高酶的结构发生改变,因此酶的活性不同,B错误;图示中a、b曲线共同作用,表示酶促反应的速率是底物分子的能量和酶的结构共同决定的,C正确;酶适于低温保存的原因是酶分子在低温条件下其结构相对稳定,适于保存,D错误。
5.(2020·全国高三月考)图一曲线a表示在最适温度、最适pH条件下生成物的量与时间的关系,图二曲线b表示在最适温度、最适pH条件下,酶促反应速率与反应物浓度的关系。
据图分析正确的是(C)
A.图一曲线a中,A点后,限制生成物的量不再增加的因素是酶的数量不足
B.分别在图二中取B、C点的速率值,对应图一中的曲线c和d
C.图二曲线,酶减少后,图示反应速率可用曲线f表示
D.减小pH,重复该实验,图二曲线b应变为曲线f;增大pH,应变为曲线e
【解析】 图一曲线a中,A点后生成物的量不再随时间的递增而增加,说明反应物已耗尽,限制因素为反应物的浓度,A错误;在图二中,B点的限制因素是反应物浓度,对应图一中的A点之前的曲线,C点的限制因素是酶的数量,在图一中没有与之对应的曲线,B错误;图二曲线中,当底物浓度一定时,减少酶量,反应速率降低,C正确;图二曲线b表示在最适pH下,反应物浓度与酶促反应速率的关系,无论pH是增大还是减小,酶的活性均降低,曲线b都应变为曲线f,D错误。
归纳提升:
(1)影响因素归纳:
影响酶活性的因素主要有温度、pH、抑制剂和激活剂等,而影响酶促反应速率的因素有酶活性、底物浓度或酶的浓度等。
它们的作用机理有所不同,分析如下:
(2)准确分析影响酶活性因素曲线的2个关键点
①找准自变量与因变量
横轴“标识”因素多曲线中各曲线“差异”因素
—纵轴“标识”因素
②明确酶活性制约因素
横轴“标识”因素
题点3 酶的相关实验
6.(2020·浙江省高考真题)为研究酶作用的影响因素,进行了“探究pH对过氧化氢酶的影响”的活动。
下列叙述错误的是(C)
A.反应小室应保持在适宜水温的托盘中
B.加入各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致
C.将H2O2加到反应小室中的滤纸片上后需迅速加入pH缓冲液
D.比较各组量筒中收集的气体量可判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围
【解析】 探究pH对过氧化氢酶的影响实验中,自变量是过氧化氢酶所处环境的pH,因变量是过氧化氢酶的活性,通过相同时间内过氧化氢酶催化反应释放的气体量反映,其他条件为无关变量,应保持相同且适宜。
温度也会影响酶的活性,且该实验中温度为无关变量,应保持相同且适宜,则反应小室应保持在适宜水温的托盘中,A正确;各组的滤纸片大小和数量属于无关变量,应保持一致,B正确;应将反应小室稍立起,使有滤纸片的一侧在上面,然后依次小心加入pH缓冲液和H2O2溶液,此时混合液不能与滤纸片接触,C错误;比较各组量筒中收集的气体量,可以反映在不同pH条件下过氧化氢酶的活性大小,从而判断过氧化氢酶的适宜pH范围,D正确。
7.(2020·广西壮族自治区)下列关于酶实验的叙述,正确的是(C)
A.过氧化氢在高温下和酶的催化下分解都加快,其原理都是降低了反应所需要的活化能
B.在探究温度对酶活性影响时,选择淀粉和淀粉酶作实验材料,或者选择过氧化氢和过氧化氢酶作实验材料,检测效果均可
C.若底物选择淀粉和蔗糖,用淀粉酶来验证酶的专一性,则检测试剂宜选用斐林试剂,不宜选用碘液
D.若除酶外所有试剂均已预保温,则在测定酶活力的实验中,操作合理的顺序应为:
加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
【解析】 酶促反应的原理是降低化学反应的活化能,但是高温不会降低反应所需要的活化能,A错误;温度升高会使过氧化氢的分解速率升高,因此如果利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响时,改变温度后,引起过氧化氢分解速率的因素是温度和酶活性,有2个自变量,因此不能利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,B错误;验证酶的专一性实验中,可以用淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林试剂来进行,不可用碘液对实验结果进行检测,因为不管淀粉酶能否催化蔗糖分解,溶液都不变蓝,C正确;在测定酶活力的实验中,pH为无关变量,为了排除无关变量的干扰,应控制相同且适宜,而缓冲液能起到维持反应液的pH恒定的作用,因此最先加入;酶具有高效性,所以在控制pH恒定的情况下,应先加底物后加酶,让酶促反应在适宜的温度下进行,一定时间后检测产物的量来检测酶的活性,故其顺序应为:
加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温→计时→一段时间后检测产物的量,D错误。
8.(2020·河南省高三二模)研究发现,一定浓度的NaCl溶液会使酶的溶解度降低,发生盐析现象,从而使酶促反应速率降低。
某实验小组探究了不同浓度的NaCl溶液对淀粉酶催化淀粉水解的反应速率的影响,获得的实验结果如下表所示。
请回答下列相关问题:
NaCl溶液浓度/(mol·L-1)
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
酶促反应速率相对值
5.0
5.7
6.2
6.5
6.0
5.4
4.3
(1)酶催化化学反应的效率高于无机催化剂,原因是酶降低化学反应活化能的作用较无机催化剂更为显著;该实验中的酶促反应速率可以用单位时间内淀粉的消耗量(或单位时间内产物的生成量)表示。
(2)分析表格可知,0.30mol·L-1的NaCl溶液对淀粉酶催化淀粉水解的反应速率具有抑制(填“促进”或“抑制”)作用;若加水稀释到0.15mol·L-1,则淀粉酶催化淀粉水解的反应速率会上升,原因是较高浓度的NaCl溶液使酶促反应速率降低是盐析的结果,而盐析并没有使淀粉酶的空间结构发生改变,故加水稀释后盐析作用消除,酶促反应速率上升。
(3)请在该实验的基础上,设计实验进一步探究NaCl溶液提高淀粉酶催化淀粉水解的反应速率的最适浓度,简要写出实验思路。
在NaCl溶液浓度为0.10~0.20mol·L-1范围内,设置更小浓度梯度的NaCl溶液,测定不同浓度下淀粉酶催化淀粉水解的反应速率。
【解析】
(1)酶降低化学反应活化能的作用较无机催化剂更为显著,故酶催化化学反应的效率高于无机催化剂;该实验酶促反应速率可以用单位时间内淀粉的消耗量(或单位时间内产物的生成量)表示。
(2)分析表格可知,0.30mol·L-1的NaCl溶液对淀粉酶催化淀粉水解的反应速率是4.3,低于NaCl溶液浓度为0的对照组,故0.30mol·L-1的NaCl溶液对淀粉酶催化淀粉水解的反应速率具有抑制作用;若加水稀释到0.15mol·L-1,则淀粉酶催化淀粉水解的反应速率会上升,原因是较高浓度的NaCl溶液使酶促反应速率降低是盐析的结果,而盐析并没有使淀粉酶的空间结构发生改变,故加水稀释后盐析作用消除,酶促反应速率上升。
(3)分析表格可知,应在NaCl溶液浓度在0.10mol·L-1到0.20mol·L-1之间,进一步探究NaCl溶液提高淀粉酶催化淀粉水解的反应速率的最适浓度。
在NaCl溶液浓度为0.10mol·L-1~0.20mol·L-1范围内,设置更小浓度梯度的NaCl溶液,测定不同浓度下淀粉酶催化淀粉水解的反应速率。
技法点拨:
酶相关实验设计必记4个关键点
(1)探究酶的高效性时,应设置“无机催化剂”作对照组。
(2)验证酶的专一性,既可用同一种酶(如淀粉酶)作用于不同的底物(如淀粉和蔗糖),也可以用不同的酶(如淀粉酶和蛋白酶)作用于同一底物(如淀粉)。
(3)验证酶活性受温度和酸碱度影响时,要先让酶和底物均达到相应的条件后再让二者接触,且探究酶活性受温度影响时,不宜用H2O2作底物,也不宜用斐林试剂作检测试剂。
(4)用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时,若是用淀粉酶,底物为淀粉、蔗糖两种,则应用斐林试剂作为检测试剂,不能选用碘液作为检测试剂。
串联ATP与能量代谢
题点1 比较ATP与核酸的关系
9.(2020·广安)ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物,它们的结构只是碱基的不同,下列叙述错误的是(C)
A.ATP的合成常伴随着细胞内的放能反应
B.1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质
C.CTP中“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的
D.UTP断裂两个高能磷酸键后可作为合成RNA的原料
【解析】 细胞的吸能反应常伴随着ATP的水解,放能反应总是与ATP的合成相关联,A正确;ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物,它们的结构只是碱基的不同,1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质:
磷酸、核糖和碱基,B正确;CTP中“C”是由胞嘧啶和核糖构成的,C错误;UTP断裂两个高能磷酸键后是尿嘧啶核糖核苷酸,是RNA的基本单位之一,可作为合成RNA的原料,D正确。
10.(2020·安徽省六安一中)ATP是生命活动直接的能源物质。
dATP(d表示脱氧)是三磷酸脱氧核苷的英文名称缩写,其结构式可简写成dA-P~P~P。
下列分析错误的是(C)
A.一分子dATP有三分子磷酸基团、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成
B.细胞内生成dATP时有能量的储存,常与放能反应相联系
C.在DNA合成过程中,dATP是构成DNA的基本单位之一
D.dATP具有高能磷酸键,可能为细胞中某些反应提供能量
【解析】 依题文可知,dATP和ATP的结构相似,一分子dATP有三分子磷酸基团、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成,A正确;细胞内生成dATP时要形成高能磷酸键,有能量的储存,常与放能反应相联系,B正确;构成DNA的基本单位是四种脱氧核糖核苷酸,而dATP是三磷酸脱氧核苷,有三分子磷酸,所以dATP不是构成DNA的基本单位,C错误;dATP具有高能磷酸键,可能为细胞中某些反应提供能量,D正确。
归纳总结:
题点2 分析ATP的合成及在细胞代谢中的作用
11.(2020·山东省高三期末)酶是细胞代谢不可缺少的催化剂,ATP是生命活动的直接能源物质。
下图是ATP中磷酸键逐级水解的过程图,以下说法正确的是(D)
A.细胞内的酶和ATP均为多聚体,二者的合成过程为吸能反应
B.叶绿体基质合成的ATP与线粒体基质合成的ATP用途不同
C.酶a~c催化的反应(底物的量相同),Ⅲ过程产生的⑤最多
D.控制合成酶a的基因,存在于所有细胞生物的基因组中
【解析】 ATP不是多聚体,A错误;叶绿体基质进行暗反应,消耗ATP,不合成ATP,B错误;①是ADP,②是AMP,③是腺苷,④为磷酸,⑤为能量。
Ⅰ和Ⅱ断裂的都是高能磷酸键,Ⅲ断裂的是普通化学键,Ⅰ和Ⅱ两个过程产生的能量相等,Ⅲ过程产生的能量最少,C错误;真核生物和原核生物都是主要是以ATP作为直接的能源物质,酶a是ATP水解酶,将ATP水解时释放能量,所以控制合成酶a的基因,存在于所有细胞生物的基因组中,D正确。
12.(2020·全国卷Ⅲ)照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
反应部位
(1)细胞质基质
叶绿体的类囊体膜
线粒体
反应物
葡萄糖
丙酮酸等
反应名称
(2)无氧呼吸
光合作用的光反应
有氧呼吸的部分过程
合成ATP的能量来源
化学能
(3)光能
化学能
终产物(除ATP外)
乙醇、CO2
(4)O2、
NADPH
(5)H2O、CO2####
【解析】
(1)由反应产物乙醇、CO2可知,该反应为无氧呼吸,反应场所为细胞质基质。
(2)由反应产物乙醇、CO2可知,该反应为无氧呼吸。
(3)由分析可知,光合作用的光反应中光能转化成活跃的化学能,储存在ATP中。
(4)由分析可知,光合作用的光反应的产物为O2和NADPH。
(5)由分析可知,线粒体内进行有氧呼吸的第二阶段产物为CO2,第三阶段产物为H2O。
易错提醒:
澄清与ATP相关的四个易错点
(1)ATP≠能量。
ATP是一种高能磷酸化合物,是一种储能物质,不能将两者等同起来。
(2)生命活动需要消耗大量能量,但细胞中ATP含量很少。
其供应取决于ATP与ADP之间快速转化。
(3)ATP合成往往与放能反应(如呼吸作用)相联系(合成ATP相当于合成了一种高能化合物),ATP水解往往与吸能反应(如主动运输、物质合成、神经传导等)相联系。
(4)切不可认为ATP分解大于合成或合成大于分解,事实上,ATP与ADP转化总处于动态平衡中——耗能较多时ATP水解迅速,但其合成也迅速。
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