第5講 細(xì)胞中的能量和酶
1.吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)(1)在植物綠色細(xì)胞中最重要的吸能反應(yīng)—        。?(2)在所有細(xì)胞中最重要的放能反應(yīng)——        。?(3)吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)的紐帶——        (ATP)。?
2.ATP的結(jié)構(gòu)(1)結(jié)構(gòu)
(3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):在酶的催化下,     的高能磷酸鍵容易水解釋放大量能量。?(4)再生特點(diǎn):ATP在細(xì)胞中易于再生,可以作為源源不斷的能源。
3.ATP在能量代謝中的作用
考向一 吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)【典例1-1】 (2018浙江3月超級全能生考試)下列細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)或變化過程不屬于吸能反應(yīng)的是(  )A.葉綠體類囊體的光反應(yīng)B.細(xì)胞溶膠中發(fā)生的糖酵解過程C.葉綠體基質(zhì)淀粉的合成D.肌肉細(xì)胞受刺激后收縮的過程
易錯(cuò)提醒(1)吸能反應(yīng)指反應(yīng)物中的勢能比產(chǎn)物中低,放能反應(yīng)則相反。前者一般指合成反應(yīng),后者一般指分解反應(yīng),ATP是吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)的紐帶。(2)常見能量轉(zhuǎn)化與吸能反應(yīng)、放能反應(yīng)的關(guān)系:光合作用屬于吸能反應(yīng),細(xì)胞呼吸屬于放能反應(yīng)。(3)ATP與吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的關(guān)系:可總結(jié)為:ATP水解釋放能量,用于吸能反應(yīng),如肌肉收縮;ATP合成消耗能量,能量來自放能反應(yīng),如細(xì)胞呼吸。
考向二 ATP的結(jié)構(gòu)與功能【典例1-2】 (2018浙江名校協(xié)作體高三下學(xué)期3月考試)下列關(guān)于ATP和ADP的敘述,錯(cuò)誤的是(  )A.ATP合成過程中會生成水B.ATP分子中共有3個(gè)磷酸鍵C.ATP水解所釋放的能量可用于吸能反應(yīng)D.蛋白質(zhì)的可逆性形變一定會改變細(xì)胞中ADP含量
A.A表示腺苷三磷酸,含有三個(gè)高能磷酸鍵B.B表示腺苷,由腺嘌呤和脫氧核糖組成C.Ⅱ過程釋放的能量用于一切生命活動D.Ⅰ和Ⅱ不是可逆反應(yīng),物質(zhì)可逆,能量不可逆
考向三 ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化【典例1-3】 如圖表示生物細(xì)胞內(nèi)的重要反應(yīng),A、B代表化學(xué)結(jié)構(gòu)或物質(zhì),Ⅰ、Ⅱ代表反應(yīng)過程。下列敘述中,正確的是(  )
歸納提升與ATP相關(guān)的生理過程
A.ATP推動細(xì)胞做功,存在吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)過程B.磷酸化的蛋白質(zhì)做功,失去的能量主要用于再生ATPC.ATP水解與磷酸化的蛋白質(zhì)做功均屬于放能反應(yīng)D.肌肉在收縮過程中,肌肉中的能量先增加后減少
考向四 基于ATP和ADP轉(zhuǎn)化的生理活動【典例1-4】 ATP可將蛋白質(zhì)磷酸化,磷酸化的蛋白質(zhì)會改變形狀做功,從而推動細(xì)胞內(nèi)系列反應(yīng)的進(jìn)行(機(jī)理如圖所示)。下列說法不正確的是(  )
易錯(cuò)警示ATP和ADP轉(zhuǎn)化過程中的一些認(rèn)知誤區(qū)(1)ATP合成本身屬于吸能反應(yīng),但是所需的能量來自放能反應(yīng),如細(xì)胞呼吸。(2)ATP水解本身屬于放能反應(yīng),但釋放的能量用于其他吸能反應(yīng),如肌肉收縮、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)纫恍┖哪苌磉^程。(3)并不是所有放能反應(yīng)放出的能量都能用于ATP的再生,如二肽的分解等,該過程中有能量釋放,但不會貯存到ATP中,而是以熱能的形式散失。
A.過程①中葉綠體中的四種色素都主要吸收藍(lán)紫光和紅光B.過程②只發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中,過程④釋放的能量用于三碳酸的還原C.過程①產(chǎn)生NADPH,過程②消耗NADPH,過程③既產(chǎn)生[H]也消耗[H]D.若過程②的速率大于過程③的速率,則甘蔗的干重就會增加
【典例1-5】 如圖所示為甘蔗葉肉細(xì)胞內(nèi)的一系列反應(yīng)過程,下列有關(guān)說法正確的是(  )
1.(2018浙江4月選考,10)ATP是細(xì)胞中的能量通貨。下列敘述正確的是(  )A.ATP中的能量均來自細(xì)胞呼吸釋放的能量B.ATP—ADP循環(huán)使得細(xì)胞儲存了大量的ATPC.ATP水解形成ADP時(shí)釋放能量和磷酸基團(tuán)D.ATP分子中的2個(gè)高能磷酸鍵不易斷裂水解
2.(2018浙江6月選考,22)ATP—ADP循環(huán)的示意圖如下。下列敘述正確的是(  )A.能量①只能來自化學(xué)能B.蛋白質(zhì)的合成過程需要反應(yīng)①供能C.反應(yīng)②中ATP中的高能磷酸鍵都斷裂D.能量②可用于乳酸在人體肝臟再生成葡萄糖
3.(2017浙江4月選考,11)下列關(guān)于細(xì)胞中吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的敘述,錯(cuò)誤的是(  )A.糖的氧化反應(yīng)是放能反應(yīng)B.光合作用的碳反應(yīng)是吸能反應(yīng)C.ATP是吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的紐帶D.氨基酸合成蛋白質(zhì)的過程是放能反應(yīng)
2.酶的產(chǎn)生部位、本質(zhì)、功能及常見種類
3.酶的催化機(jī)理及特性(1)催化機(jī)理:酶與底物結(jié)合,形成        復(fù)合物,然后復(fù)合物會發(fā)生形狀變化,使底物變成產(chǎn)物,并從復(fù)合物上脫落,同時(shí)酶分子        。?(2)酶的專一性原理模型①圖中A表示   ,B表示            ,E、F表示B被分解后產(chǎn)生的物質(zhì),C、D表示           的物質(zhì)。?②酶和被催化的反應(yīng)物分子都有特定的空間結(jié)構(gòu)。
(3)酶的特性①     :催化效率大約是無機(jī)催化劑的107~1013倍。?②     :一種酶只能催化             的反應(yīng)。?③作用條件較溫和:在              條件下,酶的活性最高?!           姑傅目臻g結(jié)構(gòu)遭到破壞而失活;    條件下酶的活性很低,但空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。?4.活動:探究pH對過氧化氫酶的影響(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)了解pH對     的影響。?(2)方法步驟①將托盤中的水加到快滿為止。②將大小    的8片濾紙片放入培養(yǎng)皿的鮮肝勻漿中(目的是讓濾紙片上粘有鮮肝勻漿中含有的          )。?
一種底物或少數(shù)幾種相似底物
③將濾紙放入反應(yīng)小室中,使其貼于小室內(nèi)壁上。④將反應(yīng)小室稍立起,使貼有濾紙片的一側(cè)在   面,小心加入pH為   的緩沖液2 mL,再加入2 mL 3%的H2O2溶液,切勿使上述混合液接觸到貼在內(nèi)壁上的濾紙片,以防        。
⑤將25 mL量筒橫放于盤中使之灌滿水(若有氣泡需趕出),將量筒倒立,使筒口一直處于水中。⑥小心將反應(yīng)小室平放于盤中水里,保持濾紙片一側(cè)在上方,將量筒移至反應(yīng)小室口上伸出的玻璃管上方并扶好。⑦將反應(yīng)小室小心旋轉(zhuǎn)180°,使             。開始計(jì)時(shí),分別在0.5 min和1 min時(shí),讀取          并做好標(biāo)記,且記錄。?⑧反復(fù)沖洗反應(yīng)小室后,重復(fù)上述步驟,測量在pH 6.0、pH 7.0、pH 8.0條件下過氧化氫在酶的催化下所釋放的氣體量。
H2O2溶液接觸濾紙片
考向一 酶的發(fā)現(xiàn)過程【典例2-1】 酶的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過了許多科學(xué)家的研究,以下科學(xué)家及其成果不對應(yīng)的是(  )A.斯帕蘭扎尼發(fā)現(xiàn)胃存在化學(xué)性消化B.畢希納證明促使酒精發(fā)酵的是酵母菌中的某種物質(zhì),而不是細(xì)胞本身C.李比希認(rèn)為酒精發(fā)酵是酵母菌代謝活動的結(jié)果D.薩母納爾提取脲酶結(jié)晶
考向二 酶的本質(zhì)、特性及在細(xì)胞代謝中的功能【典例2-2】 (2018浙江溫州高三第二次模擬)下列關(guān)于酶的敘述,正確的是(  )A.雞肝或馬鈴薯塊莖是否制成勻漿對酶促反應(yīng)速率沒有影響B(tài).酶只能催化一種或幾種相似底物的反應(yīng)C.H2O2溶液中加入H2O2酶后出現(xiàn)大量氣泡,說明酶具有高效性D.只比較唾液淀粉酶對蔗糖和淀粉的作用不能證明酶具有專一性
【典例2-3】 (2018浙江寧波十校高三上學(xué)期期末聯(lián)考)核酶能特異地結(jié)合并切斷特定的某RNA,且可重新結(jié)合和切割其他的RNA分子。下列關(guān)于核酶的敘述,正確的是 (  )A.向核酶滴加雙縮脲試劑,水浴加熱可發(fā)生紫色反應(yīng)B.核酸具有一定的熱穩(wěn)定性,故核酶的活性通常不受溫度的影響C.核酶與特異性底物結(jié)合時(shí),有化學(xué)鍵的斷裂D.與不加核酶組相比,加核酶組RNA降解較快,由此可反映核酶具有高效性
知識歸納常見酶歸類(1)DNA聚合酶——催化脫氧核苷酸間縮聚形成3',5'-磷酸二酯鍵,用于DNA復(fù)制。(2)RNA聚合酶——催化核糖核苷酸間縮聚形成3',5'-磷酸二酯鍵,用于RNA合成(轉(zhuǎn)錄)及RNA復(fù)制。(3)基因工程工具酶
(5)各種消化酶——可對應(yīng)催化相關(guān)大分子的水解,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。(6)細(xì)胞工程工具酶:纖維素酶、果膠酶(除去細(xì)胞壁)、胰蛋白酶(動物細(xì)胞培養(yǎng))。
A.pH從2逐步上升到8的過程中,酶Ⅱ活性逐步增強(qiáng)B.不同酶對pH的耐受范圍不相同C.酶Ⅰ、酶Ⅱ可以對應(yīng)人體的胃蛋白酶、胰蛋白酶D.若適當(dāng)升高溫度,圖中曲線趨勢基本不變
考向三 影響酶活性的因素【典例2-4】 如圖為適宜溫度下,pH對人體內(nèi)兩種酶作用的影響。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(  )
拓展提升與酶有關(guān)的曲線模型分析(1)酶的高效性曲線由曲線可知:酶比無機(jī)催化劑的催化效率更高;酶只能縮短達(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)。因此,酶不能改變最終生成物的量。
(2)酶的專一性曲線①在A反應(yīng)物中加入酶A,反應(yīng)速率較未加酶時(shí)的變化是明顯加快,說明酶A能催化該反應(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,說明酶B不能催化該反應(yīng)。
(3)酶活性影響因素的曲線①分析圖A、B中曲線可知,在最適宜的溫度和pH條件下,酶的活性最高。溫度和pH偏高或偏低,酶活性都會明顯降低。②分析圖C中的曲線可知,反應(yīng)溶液中pH的變化不會影響酶作用的最適溫度。
注“+”表示有;“-”表示無;最后一行“+”的多少表示顏色的深淺。
考向四 與酶的特性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究【典例2-5】 下表是探究淀粉酶對淀粉和蔗糖作用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷,下列結(jié)論正確的是 (  )
A.蔗糖被水解成還原糖B.上述①②③反應(yīng)的自變量為溫度C.40 ℃為淀粉酶的最適溫度D.淀粉酶對蔗糖的水解具有專一性
拓展提升對比法探究酶的專一性(1)設(shè)計(jì)思路:常見的方案有兩種,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通過觀察酶促反應(yīng)能否進(jìn)行得出結(jié)論。(2)設(shè)計(jì)方案
【典例2-6】 為了探究pH對過氧化氫酶活性的影響,某小組同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料:直徑4 cm、厚度0.5 cm的馬鈴薯塊莖圓片若干,隨機(jī)平均分為三組。
注“—”表示不做處理。
請分析回答問題。(1)表格中的①是       ,②是     。?(2)該實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量有         (至少寫出兩項(xiàng))。?(3)及時(shí)觀察時(shí),第1、2組馬鈴薯塊莖圓片上均無氣泡產(chǎn)生,是因?yàn)椤      ?(4)放置幾分鐘后,該組同學(xué)發(fā)現(xiàn)第3組馬鈴薯塊莖圓片上基本無氣泡繼續(xù)產(chǎn)生,第1、2組馬鈴薯塊莖圓片上竟然有少量氣泡產(chǎn)生。請分析:第3組基本無氣泡繼續(xù)產(chǎn)生的原因是             ;第1、2組有少量氣泡產(chǎn)生的原因可能是               (寫出一點(diǎn)即可)。?
答案:(1)浸泡5 min 有大量氣泡產(chǎn)生 (2)馬鈴薯塊莖圓片的大小、浸泡時(shí)間(過氧化氫溶液的濃度和用量、觀察時(shí)間等) (3)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿使馬鈴薯塊莖圓片(表面)的過氧化氫酶失活 (4)過氧化氫分解完畢 過氧化氫自然分解的氣體得到積累,形成少量氣泡(浸泡時(shí)間短,鹽酸、氫氧化鈉只破壞了馬鈴薯塊莖圓片中部分過氧化氫酶的結(jié)構(gòu),使得過氧化氫分解減慢,放置幾分鐘后氣體積累形成氣泡)
解析:(1)對第1、2、3組的處理分別是用鹽酸、氫氧化鈉、蒸餾水浸泡,且浸泡時(shí)間均為5 min,故①是浸泡5 min。第1、2組分別用鹽酸和氫氧化鈉處理后,滴加過氧化氫溶液后不產(chǎn)生氣泡,說明強(qiáng)酸和強(qiáng)堿影響了馬鈴薯塊莖中過氧化氫酶的活性,第3組沒有用酸和堿處理,該組馬鈴薯塊莖中過氧化氫酶的活性強(qiáng),會催化過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣,從而產(chǎn)生大量氣泡,故②是有大量氣泡產(chǎn)生。
(2)該實(shí)驗(yàn)的自變量是pH,無關(guān)變量有多種,如馬鈴薯塊莖圓片的大小、浸泡時(shí)間、過氧化氫溶液的濃度和用量、觀察時(shí)間等。(3)強(qiáng)酸和強(qiáng)堿會使過氧化氫酶變性失活,因此,在及時(shí)觀察時(shí),第1、2組馬鈴薯塊莖圓片上無氣泡產(chǎn)生。(4)第3組馬鈴薯塊莖圓片起初有大量氣泡產(chǎn)生是過氧化氫酶催化過氧化氫分解的結(jié)果,當(dāng)過氧化氫全部被分解后,不再產(chǎn)生氣泡。一段時(shí)間后,第1、2組馬鈴薯塊莖圓片有少量氣泡產(chǎn)生,可能是過氧化氫自然分解,產(chǎn)生的氧氣積累,也可能是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿浸泡時(shí)間短,只使馬鈴薯塊莖圓片中部分酶失活,使得過氧化氫分解減慢,幾分鐘以后產(chǎn)生的氣體逐漸積累。
拓展提升變量法分析酶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(1)變量的種類變量是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可以變化的因素或條件,依據(jù)變量間的相互關(guān)系,可分為以下兩類:①自變量與因變量:自變量是實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素,該因素的改變將引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相應(yīng)改變,是實(shí)驗(yàn)要研究的因素。因變量是因自變量不同而導(dǎo)致的不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。它們之間是因果關(guān)系,自變量是原因,因變量是結(jié)果。②無關(guān)變量與額外變量:無關(guān)變量是指實(shí)驗(yàn)中除自變量外也能影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的其他因素。由無關(guān)變量引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是額外變量。它們之間也是因果關(guān)系。
(2)自變量的確定和控制根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?確定實(shí)驗(yàn)變量,進(jìn)而確定控制的措施。例如:“探究淀粉酶的最適溫度”的實(shí)驗(yàn)。①自變量的確定:自變量是相同的酶處在不同溫度下即溫度梯度,即要“探究什么”,則“什么”就是自變量。②自變量的控制:在確定了自變量是溫度梯度后,應(yīng)將淀粉酶置于溫度梯度下,如25 ℃、26 ℃、27 ℃等??刂谱兞康姆椒?常用的有“施加”“改變”“去除”等。
(3)無關(guān)變量的確定與控制例如:請指出探究pH對唾液淀粉酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量是什么?應(yīng)如何控制?分析:在該實(shí)驗(yàn)中,自變量是“pH的大小”。無關(guān)變量有溫度、唾液淀粉酶的量、淀粉溶液的量、反應(yīng)時(shí)間、加入碘—碘化鉀溶液的量及時(shí)間等,在做實(shí)驗(yàn)時(shí),對照組和實(shí)驗(yàn)組的以上因素都要相同且適宜。
考向五 酶的特性相關(guān)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用拓展【典例2-7】 (2018浙江寧波3月新高考模擬)為探究NaCl和CuSO4對唾液淀粉酶活性的影響,某同學(xué)進(jìn)行下表實(shí)驗(yàn)。下列敘述錯(cuò)誤的是(  )
A.本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可用本尼迪特試劑鑒定B.加入緩沖液的目的是維持反應(yīng)液中pH的穩(wěn)定C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出對酶活性有影響的離子是Cl-和Cu2+D.設(shè)置丙試管可確定Na+和 對唾液淀粉酶催化活性是否有影響
解析:由表中信息可知:本實(shí)驗(yàn)是利用淀粉遇碘液變藍(lán)的原理來檢測淀粉的剩余量,以此反映酶活性的高低。本實(shí)驗(yàn)的目的是探究NaCl和CuSO4對唾液淀粉酶活性的影響,自變量是不同的離子
實(shí)驗(yàn)有干擾,因此本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能用本尼迪特試劑檢測,A項(xiàng)錯(cuò)誤;溶液的pH為無關(guān)變量,加入緩沖液的目的是維持反應(yīng)液中pH的穩(wěn)定,B項(xiàng)正確;甲試管加入的是NaCl溶液,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是無色,說明淀粉已經(jīng)完全被分解,進(jìn)而推知:Cl-對唾液淀粉酶活性有促進(jìn)作用,乙試管加入的是CuSO4溶液,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是深藍(lán)色,說明淀粉沒有被分解,
進(jìn)而推知:Cu2+對唾液淀粉酶活性有抑制作用,即根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出對酶活性有影響的離子是Cl-和Cu2+,C項(xiàng)正確;丁試管加入的是蒸餾水,屬于空白對照,丙試管加入的是Na2SO4溶液,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)淺藍(lán)色與丁試管的結(jié)果相同,說明淀粉沒有被分解,進(jìn)而推知:
1.(2018浙江11月選考,7)酶是生物催化劑,其作用受pH等因素的影響。下列敘述錯(cuò)誤的是(  )A.酶分子有一定的形狀,其形狀與底物的結(jié)合無關(guān)B.絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),其作用的強(qiáng)弱可用酶活性表示C.麥芽糖酶能催化麥芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解D.將胃蛋白酶加入pH 10的溶液中,其空間結(jié)構(gòu)會改變
2.(2017浙江11月選考,23)為驗(yàn)證酶的特性,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),基本過程如下表所示。單位:mL
據(jù)表分析,下列敘述正確的是(  )A.試管1和2的作用是檢測淀粉和蔗糖中是否含有還原糖B.試管3~6需在沸水浴中保溫2~3 min以利于酶的催化作用C.試管3和6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明酶的作用具有專一性D.若試管5中出現(xiàn)陽性反應(yīng)說明蔗糖酶也能分解淀粉
3.(2016浙江10月選考,18)某同學(xué)進(jìn)行有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn):組1:1%淀粉溶液+新鮮唾液+本尼迪特試劑→紅黃色沉淀組2:2%蔗糖溶液+新鮮唾液+本尼迪特試劑→無紅黃色沉淀組3:2%蔗糖溶液+蔗糖酶溶液+本尼迪特試劑→下列敘述錯(cuò)誤的是(  )A.自變量是底物和酶B.組3的結(jié)果是紅黃色沉淀C.指示劑可用碘—碘化鉀溶液替代D.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明酶具有專一性
4.(2016浙江4月選考,21)為研究酶的特性,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),基本過程及結(jié)果如下表所示。
據(jù)此分析,下列敘述錯(cuò)誤的是(  )A.實(shí)驗(yàn)的自變量是底物B.檢測指標(biāo)是顏色的變化C.酶的作用具有高效性D.37 ℃是該酶作用的最適溫度

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新課標(biāo)2023版高考生物一輪總復(fù)習(xí)第三單元細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1講酶和ATP課件

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高考生物一輪復(fù)習(xí)第3單元細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1講酶和ATP課件

高考生物一輪復(fù)習(xí)第3單元細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1講酶和ATP課件

高考生物一輪復(fù)習(xí)第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第12節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶細(xì)胞的能量“通貨”__ATP課件必修1

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