选考版新高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第8讲ATP及其主要来源细胞呼吸学案新人教版.docx
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选考版新高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第8讲ATP及其主要来源细胞呼吸学案新人教版
第8讲 ATP及其主要来源——细胞呼吸
考点1 ATP的结构和功能
1.ATP的结构和功能
2.ATP和ADP的相互转化过程比较
3.ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析
解读:
(必修1P90“思考与讨论”改编)如果把糖类和脂肪比作大额支票,ATP则相当于现金。
这种比喻的道理是___________________________________________________________。
答案:
糖类和脂肪分子中能量很多而且很稳定,不能被细胞直接利用;这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能,才能被细胞直接利用
【真题例证·体验】
(2019·高考天津卷)下列过程需ATP水解提供能量的是( )
A.唾液淀粉酶水解淀粉
B.生长素的极性运输
C.光反应阶段中水在光下分解
D.乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
解析:
选B。
唾液淀粉酶可以在体外适宜条件下水解淀粉,但体外环境中无ATP存在,说明该反应不需要ATP水解提供能量,A不符合题意;生长素的极性运输为消耗能量的主动运输过程,即需要ATP水解提供能量,B符合题意;光反应阶段水的光解不需要ATP水解提供能量,C不符合题意;乳酸菌无氧呼吸第二阶段不需要ATP,也不产生ATP,D不符合题意。
【考法纵览·诊断】
(1)叶绿体的类囊体膜上存在催化ATP合成的酶
[2018·全国卷Ⅰ,T1A](√)
(2)成熟个体中的细胞增殖过程不需要消耗能量
[2018·全国卷Ⅲ,T2A](×)
(3)淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成
[2017·海南卷,T5A](×)
(4)ATP能在神经元线粒体的内膜上产生,神经细胞兴奋后恢复为静息状态消耗ATP
[2016·全国卷Ⅰ,T4A、D](√)
(5)含有2个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一
[2016·海南卷,T11A](×)
(6)DNA与ATP中所含元素的种类相同
[2015·全国卷Ⅰ,T1A](√)
(7)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行
[2014·四川卷,T1D](×)
【长句应答·特训】
回答下列关于ATP的功能与动、植物细胞代谢的问题:
(1)植物细胞可以通过____________________________形成ATP,而动物细胞只能通过________形成ATP。
(2)ATP水解释放的能量可用于主动运输、________、________、________、大脑思考等。
(3)ATP的形成和水解与水有什么关系?
________________________________________________________________________。
(4)人体内ATP的含量很少,但在剧烈运动时,每分钟约有0.5kg的ATP转化为ADP,以供运动之需,但人体内ATP总含量并没有太大变化,请分析原因:
________________________________________________________________________。
(5)植物、动物、细菌和真菌的细胞内,都以ATP作为能量“通货”,由此说明了________________________________________________________________。
答案:
(1)光合作用和细胞呼吸 细胞呼吸
(2)发光发电 肌肉收缩 物质合成
(3)ATP的形成过程中有水生成,而ATP的水解过程需要消耗水
(4)ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化,并且处于动态平衡之中
(5)生物界具有统一性,也说明种类繁多的生物有着共同的起源
ATP的结构和功能
生命观念
1.(2020·福建三明期末)下图为ATP的结构示意图,①③表示组成ATP的物质或基团,②④表示化学键。
下列有关叙述正确的是( )
A.①表示鸟嘌呤
B.放能反应一般与②的断裂相联系
C.在ATP与ADP的相互转化中③可重复利用
D.若化学键④断裂,则左边的化合物是ADP
解析:
选C。
图中①是腺嘌呤,②和④是高能磷酸键,③是磷酸基团,A错误;吸能反应一般与高能磷酸键的断裂相联系,B错误;在ATP与ADP的相互转化中,物质是可逆的,只是能量不可逆,③磷酸基团可重复利用,C正确;若化学键④断裂,则左边的化合物是AMP,D错误。
2.(2020·山西太原高三模拟)ATP是细胞内的能量“通货”,下列有关叙述不正确的是( )
A.ATP水解供能,实际上是指ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键的水解
B.细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性
C.ATP分子是由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
D.ATP是主动运输、肌肉收缩、大脑思考的直接能源物质
解析:
选C。
ATP中远离腺苷(A)的高能磷酸键更易断裂,也很容易重新合成,ATP水解供能,实际上是指ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键的水解,A正确;ATP是直接能源物质,细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性,B正确;ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成,C错误;ATP是细胞内的直接能源物质,可直接为主动运输、肌肉收缩、大脑思考提供能量,D正确。
化合物
结构简式
“A”的含义
共同点
ATP
腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)
所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
DNA
腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA
腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸
腺嘌呤
ATP的转化和应用
科学思维
3.(不定项)(2020·山东潍坊期中)细胞内的化学反应伴随着能量的变化。
下列相关叙述错误的是( )
A.加入呼吸抑制剂可使细胞中ATP生成减少,ADP生成增加
B.光合作用暗反应过程中有机物的合成需要ATP水解提供能量
C.有机物氧化分解释放能量并储存在ATP中,因此属于吸能反应
D.ATP水解释放的能量不能用于维持人体体温的相对稳定
答案:
CD
4.(不定项)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( )
A.CTP中“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的
B.1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质
C.ATP的合成常伴随着细胞内的放能反应
D.UTP断裂三个高能磷酸键是构成RNA的基本单位之一
解析:
选AD。
CTP中“C”是由胞嘧啶和核糖构成的,A错误;1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质,即鸟嘌呤、核糖和磷酸,B正确;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,C正确;UTP断裂两个高能磷酸键后是尿嘧啶核糖核苷酸,是构成RNA的基本单位之一,D错误。
考点2 细胞呼吸的方式与过程
1.探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)实验原理
①酵母菌的代谢类型
②产物检测原理
产物
试剂
现象(颜色变化)
CO2
澄清的石灰水
变混浊
溴麝香草酚蓝水溶液
蓝色→绿色→黄色
酒精
酸性条件下橙色的重铬酸钾溶液
橙色→灰绿色
(2)实验步骤
2.有氧呼吸
(1)过程图解
(2)有氧呼吸的总反应式
C6H12O6+6O2+6H2O
6CO2+12H2O+能量。
3.无氧呼吸
(1)过程图解
(2)不同生物无氧呼吸的产物
(3)产物不同的原因
①直接原因:
酶不同;
②根本原因:
基因不同或基因的选择性表达。
1.(必修1P93小字改编)肌质体是怎样组成的?
有什么意义?
答案:
肌质体是肌细胞内由大量变形的线粒体组成的,其有利于肌细胞的能量供应。
2.(必修1P94“相关信息”改编)细胞呼吸产生的[H]指的是什么?
答案:
由氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)转化成的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。
3.(必修1P94内容改编)无氧呼吸两个阶段都释放能量吗?
答案:
不是。
只有第一阶段释放能量。
【真题例证·体验】
(2019·高考全国卷Ⅱ)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味,这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。
下列叙述正确的是( )
A.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
解析:
选B。
马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸,葡萄糖是细胞呼吸的原料而不是产物,A项错误;在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段,葡萄糖分解成丙酮酸,第二阶段在相应酶的催化下,丙酮酸转化为乳酸,B项正确;在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段,1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸,并且释放出少量能量,C项错误;一般来说,氧气浓度的升高会抑制细胞的无氧呼吸,故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸味的产生,D项错误。
【考法纵览·诊断】
(1)植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
[2018·全国卷Ⅲ,T5A](√)
(2)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是在缺氧条件下进行无氧呼吸
[2017·全国卷Ⅱ,T29节选](√)
(3)若细胞既不吸收O2也不放出CO2,说明细胞已停止无氧呼吸
[2017·海南卷,T7B](×)
(4)肺炎双球菌无线粒体,但能进行有氧呼吸
[2013·全国卷Ⅱ,T3A](√)
(5)有氧和无氧时,酵母菌呼吸作用产物不同
[2013·全国卷Ⅱ,T3D](√)
【长句应答·特训】
据图分析有氧呼吸和无氧呼吸的过程,回答下列问题:
(1)反应①②③④中,必须在有氧条件下进行的是________,可在人体细胞中进行的是____________(填序号)。
(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大的现象,其原因是_________________。
(3)不同生物无氧呼吸的产物不同,其直接原因是________________________,根本原因是___________________。
(4)如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸,消耗O2的量要大于产生CO2的量,其原因是_______________________________________________。
(5)与有机物在生物体外燃烧相比,有氧呼吸的特点是________________________。
答案:
(1)② ①②④
(2)种子在有氧呼吸过程中产生了水
(3)催化反应的酶不同 基因不同(或基因的选择性表达)
(4)与葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量
(5)在温和的条件下进行的;有机物中的能量是逐步释放的;一部分能量储存在ATP中
1.细胞呼吸中[H](NADH)和ATP的来源和去路
物质
来源
去路
[H]
(NADH)
有氧呼吸:
C6H12O6和H2O
无氧呼吸:
C6H12O6
有氧呼吸:
与O2结合生成水
无氧呼吸:
还原丙酮酸
ATP
有氧呼吸:
三个阶段都产生
无氧呼吸:
只在第一阶段产生
用于各项生命活动
2.细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系
(1)有氧呼吸:
C6H12O6∶O2∶CO2=1∶6∶6。
(2)无氧呼吸:
C6H12O6∶CO2∶C2H5OH=1∶2∶2或
C6H12O6∶C3H6O3=1∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量:
有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和=3∶4。
(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量:
无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。
3.判断细胞呼吸方式的三大依据
4.实验法判断生物组织的呼吸方式
(1)装置
(2)原理:
植物呼吸作用吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,刻度管内的红墨水滴左移。
单位时间内红墨水滴左移的体积即表示呼吸速率。
(3)结果分析
①若甲红墨水滴左移,乙红墨水滴不动,则只进行有氧呼吸。
②若甲红墨水滴不动,乙红墨水滴右移,则只进行无氧呼吸。
③若甲红墨水滴左移,乙红墨水滴右移,则既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸。
(4)物理误差的校正:
设置丙装置,除将装置中生物材料换为杀死的等量同种生物材料外其余均与乙装置相同。
细胞有氧呼吸、无氧呼吸过程
生命观念、科学思维
1.(2020·河北衡水中学一调)下图表示酵母菌呼吸过程中葡萄糖分解的两个途径,下列有关叙述正确的是( )
A.酶2发挥作用的部位是细胞质基质和线粒体
B.能量2相较于能量1多
C.消耗等量的葡萄糖经酶3途径产生的CO2较多
D.酒精是酵母菌的代谢产物,可经主动运输方式运出细胞
解析:
选B。
酶1催化葡萄糖形成丙酮酸,发挥作用的场所是细胞质基质,酶2催化有氧呼吸的第二阶段和第三阶段,发挥作用的场所是线粒体,A错误;能量1是有氧呼吸第一阶段或无氧呼吸第一阶段产生的,能量2是有氧呼吸第二、三阶段产生的,则能量2相较于能量1多,B正确;酶3催化的是产生C2H5OH的无氧呼吸,消耗等量的葡萄糖,产C2H5OH的无氧呼吸产生的CO2比有氧呼吸少,C错误;C2H5OH是脂溶性物质,可通过自由扩散运出细胞,D错误。
2.(2020·山东省高三等级考模拟)线粒体中的[H]与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与。
细胞接受凋亡信号后,线粒体中的细胞色素c可转移到细胞质基质中,并与Apaf1蛋白结合引起细胞凋亡。
下列说法错误的是( )
A.有氧呼吸过程产生[H]的场所为细胞质基质和线粒体基质
B.细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应
C.细胞色素c功能丧失的细胞将无法合成ATP
D.若细胞中Apaf1蛋白功能丧失,细胞色素c将不会引起该细胞凋亡
解析:
选C。
有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都会产生[H],这两个阶段发生的场所分别是细胞质基质和线粒体基质,A正确;细胞色素c参与线粒体中的[H]与氧气结合的过程,即有氧呼吸的第三阶段,B正确;细胞产生能量的代谢过程都会合成ATP,不仅仅只有细胞色素c参与的线粒体中的[H]与氧气结合的过程,C错误;若细胞中Apaf1蛋白功能丧失,细胞色素c就无法通过与Apaf1蛋白结合引起细胞凋亡,D正确。
细胞呼吸方式的判断与计算
科学思维
3.(2020·北师大广东石竹附校月考)若酵母菌呼吸消耗的O2与释放CO2的量如图所示,图中四种状态下,有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值,正确的是( )
A.甲,1/5 B.乙,1/3
C.丙,2/3D.丁,2/3
解析:
选C。
酵母菌有氧呼吸分解1分子葡萄糖,消耗6分子O2,产生6分子CO2;无氧呼吸分解1分子葡萄糖,不消耗O2,产生2分子CO2。
甲状态下,有氧呼吸消耗的葡萄糖量为1/6,无氧呼吸消耗的葡萄糖量为(6-1)/2=5/2,故有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值为1/15;同理,可求出乙、丙状态下的比值依次为1/6、2/3,丁状态下只进行有氧呼吸,C正确。
4.(2020·安徽合肥高三调研)实验小组将等量的某植物种子分别放在不同O2浓度的密闭容器中,1小时后,测出容器中O2和CO2的变化情况如下表:
O2浓度/%
0
1
2
3
5
7
10
15
20
25
O2吸收量/mol
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.7
0.7
CO2释放量/mol
1
0.8
0.6
0.5
0.4
0.5
0.6
0.7
0.7
0.7
据表分析以下叙述正确的是( )
A.在O2浓度为0~3%时只进行无氧呼吸
B.有氧呼吸的强度随O2浓度升高而增强
C.在O2浓度为5%时,种子只进行有氧呼吸
D.无氧呼吸的产物是乳酸和CO2
解析:
选C。
O2浓度为0时,只进行无氧呼吸,表中O2浓度为1%~3%时,CO2的释放量大于O2的吸收量,细胞既进行无氧呼吸又进行有氧呼吸,A错误;O2浓度为15%~25%时,随着O2浓度的上升,细胞呼吸强度不变,B错误;在O2浓度为5%时,CO2的释放量和O2的吸收量相等,种子只进行有氧呼吸,C正确;该植物种子无氧呼吸的产物有酒精和CO2,D错误。
5.(不定项)有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液,当通入不同浓度的O2时,其产生的酒精和CO2的物质的量如下图所示。
据图中信息推断,下列叙述错误的是( )
A.当O2浓度为a时,酵母菌既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸
B.当O2浓度为b和d时,酵母菌细胞呼吸的过程有所不同
C.当O2浓度为c时,有2/5的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵
D.a、b、c、d4种不同O2浓度下,细胞都能产生[H]和ATP
解析:
选AC。
当O2浓度为a时,酒精产生量与CO2产生量相等,说明此时只进行无氧呼吸,A项错误。
当O2浓度为b时,产生CO2的量多于产生酒精的量,说明酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸;当O2浓度为d时,没有酒精产生,说明酵母菌只进行有氧呼吸,因此当O2浓度为b、d时,酵母菌细胞呼吸过程有所不同,B项正确。
当O2浓度为c时,产生6mol酒精的同时会产生6molCO2,需要消耗3mol葡萄糖,剩余的9molCO2来自有氧呼吸,需消耗1.5mol葡萄糖,因此有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵,C项错误。
无论是无氧呼吸还是有氧呼吸都能产生[H]和ATP,D项正确。
细胞呼吸方式的探究
科学探究
6.(不定项)(2020·山东济宁检测)下面三个装置可用于研究萌发的种子的呼吸作用的方式及其产物,下列有关分析不正确的是( )
A.甲装置可用于探究呼吸作用是否产生CO2
B.乙装置有色液滴向左移动,说明种子萌发只进行有氧呼吸
C.丙装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2
D.三个装置中的种子都必须进行消毒处理,都需要设置对照实验
解析:
选AB。
甲装置中有温度计,可用于探究呼吸作用是否产生热量,A错误;乙装置中NaOH溶液可吸收种子呼吸产生的CO2,有色液滴左移的距离代表细胞呼吸消耗的O2量,因此该装置可用于探究萌发的种子是否进行了有氧呼吸,该装置无法证明种子萌发是否进行无氧呼吸,B错误;丙装置中澄清的石灰水可检测CO2,因此该装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2,C正确;种子未进行消毒处理,附着在种子表面的微生物进行的细胞呼吸会对实验结果产生干扰,实验过程中的其他无关变量也会影响实验结果,所以三个装置中的种子都必须进行消毒处理,都需要设置对照实验,D正确。
考点3 影响细胞呼吸的因素及其应用
1.温度
2.O2浓度
3.CO2浓度
4.水分
【真题例证·体验】
(2019·高考全国卷Ⅲ)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发,得到n株黄化苗。
那么,与萌发前的这n粒干种子相比,这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为( )
A.有机物总量减少,呼吸强度增强
B.有机物总量增加,呼吸强度增强
C.有机物总量减少,呼吸强度减弱
D.有机物总量增加,呼吸强度减弱
解析:
选A。
种子在黑暗中萌发得到黄化苗,该过程中细胞代谢增强,呼吸强度增强,由于整个过程中不能进行光合作用,而且细胞呼吸需要消耗有机物,所以有机物总量减少,A正确,B、C、D错误。
【考法纵览·诊断】
(1)风干种子中细胞呼吸作用的强度高
[2018·全国卷Ⅱ,T4C](×)
(2)与25℃相比,0.5℃条件下果实的CO2生成速率较低,主要原因是低温降低了细胞呼吸相关酶活性;随着果实储存时间的增加,密闭容器内的O2浓度越来越高,抑制了果实的细胞呼吸。
该实验还可以通过检测CO2浓度变化来计算呼吸速率
[2015·安徽卷,T29节选](×)
(3)萌发种子的干物质总量会减少,主要原因是萌发中的种子只有呼吸作用消耗有机物,没有光合作用合成有机物
[2014·海南卷,T26节选](√)
(4)种子呼吸速率下降有利于干物质合成
[2013·安徽卷,T3D](×)
(5)若测得种子吸收O2与释放CO2的体积比为1∶3,则种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为3∶1
[2013·山东卷,T25节选](×)
【长句应答·特训】
O2影响细胞呼吸的曲线分析:
(1)O2浓度在2.5%~10%之间时、在10%以上时,该器官的细胞呼吸方式的区别是________________________________________________________________________。
(2)O2浓度为C点所对应浓度时,AB=BC,此时有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等,二者消耗的葡萄糖量________(填“是”或“不是”)一样多,理由是
________________________________________________________________________。
(3)在保存蔬菜、水果时,应选择________点对应的O2浓度,原因是________________________________________________________________________。
(4)酵母菌是兼性厌氧型微生物,利用酵母菌酿酒时,如何控制发酵罐的通气情况才能获得最高的产量?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:
(1)O2浓度在2.5%~10%之间时,进行有氧呼吸和无氧呼吸;O2浓度在10%以上时,只进行有氧呼吸
(2)不是 根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出:
有氧呼吸时,1C6H12O6→6CO2;无氧呼吸时,1C6H12O6→2CO2。
所以当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时,二者消耗的葡萄糖量之比是1∶3
(3)R 此时总CO2释放量最少,有机物的损耗最少
(4)早期通气,促进酵母菌有氧呼吸,利于菌种繁殖;后期密封发酵罐,促进酵母菌无氧呼吸,利于产生酒精
细胞呼吸原理的应用
(1)对有氧呼吸原理的应用
①提倡慢跑等有氧运动,使细胞进行有氧呼吸,避免肌细胞产生大量乳酸。
②稻田定期排水有利于根系有氧呼吸,防止幼根因缺氧变黑、腐烂。
③利用淀粉、醋酸菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。
(2)对无氧呼吸原理的应用
①利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。
②破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖,包扎伤口应选用透气的敷料,抑制破伤风芽孢杆菌的无氧呼吸;较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。
环境因素对细胞呼吸的影响
科学思维
1.(2020·宁德高三质检)科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响,结果如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.20h内,果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
B.50h后,30℃条件下果肉细胞没有消耗O2,密闭罐中CO2浓度会增加
C.50h后,30℃的有氧呼吸速率比2℃和15℃慢,是因为温度高使酶活性降低
D.实验结果说明温度越高,果肉细胞有氧呼吸速率越大
解析:
选B。
果肉细胞不能进行光合作用,其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体,A项错误;50h后,30℃条件下果肉
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