2014屆高三生物一輪復(fù)習(xí)精講精練 第43講 生物化學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)實踐 蘇教版
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1、 第43講 生物化學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)實踐 [考綱要求] 1.蛋白質(zhì)的提取和分離。2.PCR技術(shù)的基本操作和應(yīng)用。3.從生物材料中提取某些特定的成分。 考點一 生物技術(shù)實踐——蛋白質(zhì)的分離與純化 1.純化原理 蛋白質(zhì)之間以及蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)之間在分子大小、溶解度、所帶電荷的多少、吸附性質(zhì)等方面存在差異。 2.純化方法 (1)透析法 ①原理:蛋白質(zhì)水溶液具有親水膠體溶液性質(zhì),不能透過半透膜。 ②目的:去除小分子化合物雜質(zhì),如無機鹽、單糖、雙糖、氨基酸等。 ③常用的半透膜:腸衣、玻璃紙。 ④步驟:將待純化的蛋白質(zhì)溶液裝入透析袋內(nèi),再把透析袋放入透析液中即可。 (2)離
2、心法 ①原理:在離心力的作用下,分子大小、密度不同的分子沉降速度不同,從而被分離。 ②目的:使分子大小、密度不同的不同種類的蛋白質(zhì)彼此分離。 (3)電泳 ①概念:帶電顆粒在電場作用下向著與其電性相反的電極移動的現(xiàn)象。 ②原理:不同的物質(zhì)所帶電荷不同,顆粒的大小、形狀不同,因此,在電場中的泳動速度不同。 ③影響泳動的因素:帶電顆粒的性質(zhì),即顆粒的大小、形狀和所帶凈電荷的多少;此外還有電場強度、溶液的pH等因素。 ④泳動特點:帶電顆粒直徑越小,越接近于球形,所帶凈電荷越多,則在電場中的泳動速度越快;反之,則越慢。 ⑤支持物:濾紙、醋酸纖維薄膜、大分子凝膠等。 易錯警示 (1)注意
3、:透析時間為12 h。透析袋是用硝酸纖維素制成,小分子可自由進出,而大分子保留在袋內(nèi)。 (2)關(guān)鍵步驟及其技術(shù)要求:點樣是本實驗的關(guān)鍵步驟。點樣前,應(yīng)將薄膜表面多余的緩沖液用濾紙吸去,以免引起樣品擴散;但不易太干,否則樣品不易進入膜內(nèi),造成點樣起始參差不齊,影響分離效果。 1.仔細觀察下圖,所帶負電荷少的球蛋白是 ( ) A.α1-球蛋白 B.α2-球蛋白 C.β-球蛋白 D.γ-球蛋白 答案 D 解析 對于幾種球蛋白來說直徑相差不大,引起泳動速度的差異主要來自于所帶電荷多少,由圖可知球蛋白由右向左泳動,因右側(cè)為負極,且γ-球蛋白距
4、點樣處最近,所以γ-球蛋白所帶負電荷最少。 1.透析 (1)過程:取1 mL的血紅蛋白溶液裝入透析袋中,將透析袋放入盛有300 mL的物質(zhì)的量濃度為20 mmol/L的磷酸緩沖液中(pH為7.0),透析12h。 (2)圖示: 2.血清蛋白醋酸纖維薄膜電泳 (1)血清蛋白醋酸纖維薄膜電泳流程 (2)結(jié)果及其分析 ①結(jié)果 ②結(jié)果分析 從電泳圖譜示意圖中可以看出:a.血清蛋白主要包括五種蛋白質(zhì),且含量最多的是清蛋白,其他依次是:γ-球蛋白>α1-球蛋白>α2-球蛋白>β-球蛋白; 由五種蛋白質(zhì)所處的位置可判斷出它們均帶有負電荷,且四種球蛋白的電量大小依次為:α1-
5、球蛋白>α2-球蛋白>β-球蛋白>γ-球蛋白。 考點二 從生物材料中提取某些特定成分 1.植物芳香油的基本知識 (1)成分:組成較復(fù)雜,主要包括萜類化合物及其衍生物。 (2)特點:具有很強的揮發(fā)性,易溶于有機溶劑。 (3)應(yīng)用:玫瑰精油是制作高級香水的主要成分,能使人產(chǎn)生愉悅感;橘皮精油的主要成分是檸檬烯,具誘人的橘香味,是食品、化妝品和香水配料的優(yōu)質(zhì)原料。 2.橘皮精油的提取流程與關(guān)鍵 石灰水浸泡→漂洗→壓榨→過濾→靜置→再次過濾→橘皮精油 (1)橘皮的處理:干燥后一定要用石灰水浸透,時間至少10 h以上。 (2)壓榨液的處理:可以先用普通布袋過濾除去固體物和殘渣,然后
6、離心進一步除去質(zhì)量較小的殘留固體物,再用分液漏斗或吸管將上層的橘皮精油分離出來。 易錯警示 (1)植物芳香油的提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、壓榨法、萃取法。水蒸氣蒸餾是植物芳香油提取的常用方法,但會導(dǎo)致原料焦糊或有效成分水解等,若植物有效成分易水解,則不宜采用此法。玫瑰精油、橘皮精油、胡蘿卜素的提取分別采用水蒸氣蒸餾法、壓榨法、萃取法。 (2)水蒸氣蒸餾可用明火加熱,萃取過程應(yīng)該避免明火加熱,采取水浴加熱,這是因為有機溶劑都是易燃物,直接用明火加熱容易引起燃燒、爆炸。 (3)用于萃取的有機溶劑必須事先精制,除去雜質(zhì),否則會影響芳香油的質(zhì)量。 (4)在用水蒸氣蒸餾法制取玫瑰精油時,玫瑰乳濁
7、液提純過程中油水混合物中要加入氯化鈉的目的是增大鹽水的密度,有利于玫瑰精油與水的分層。加入無水Na2SO4的目的是吸收精油中殘留的水分。 (5)橘皮精油的提取過程中,橘皮洗凈晾干后,要浸泡在pH大于12、質(zhì)量分數(shù)為7%~8%的石灰水中16~24 h,其目的是防止橘皮壓榨時滑脫,提高出油率。 2.請回答下列與實驗室提取芳香油有關(guān)的問題: (1)植物芳香油的提取可采用的方法有壓榨法、 和 。 (2)芳香油溶解性的特點是難溶于 ,易溶于 ,因此可用 作為提取劑來提取芳香油。 (3)橘子果實含有芳香油,通??捎?
8、 作為材料提取芳香油,而且提取時往往選用新鮮的材料,理由是 。 (4)對材料壓榨后可得到糊狀液體,為除去其中的固體物獲得乳狀液可采用的方法是 。 (5)得到的乳狀液加入氯化鈉并放置一段時間后,芳香油將分布于液體的 層,原因是 。 加入氯
9、化鈉的作用是 。 (6)從乳狀液中分離得到的芳香油中要加入無水硫酸鈉,其作用是 。 答案 (1)蒸餾法 萃取法 (2)水 有機溶劑 有機溶劑(3)橘子皮 芳香油含量較高 (4)過濾 (5)上 油層的密度比水層小 增加水層密度,使油和水分層 (6)吸收芳香油中殘留的水分 解析 植物芳香油的提取可采用的方法有壓榨法、蒸餾法和萃取法。一般采用新鮮的橘子皮來提取芳香油,因為新鮮的橘子皮
10、芳香油含量較高。除去液體中的固體常用的方法是過濾。芳香油密度比水小,且不溶于水,會浮在液體的表面。加入氯化鈉會增加水層密度,使油和水分層。無水硫酸鈉可以吸收芳香油中殘留的水分。 植物芳香油提取方法的比較 提取方法 水蒸氣蒸餾法 壓榨法 萃取法 實驗原理 利用水蒸氣將揮發(fā)性較強的植物芳香油攜帶出來 通過機械加壓,壓榨出果皮中的芳香油 使芳香油溶解在有機溶劑中,蒸發(fā)溶劑獲得芳香油 方法步驟 ① 水蒸氣蒸餾 ②分離油層 ③除水過濾 ①石灰水浸泡、漂洗 ②壓榨、過濾、靜置 ③再次過濾 ①粉碎、干燥 ②萃取、過濾 ③濃縮 適用范圍 適用于提取玫瑰油、薄荷油等
11、揮發(fā)性強的芳香油 適用于柑橘、檸檬等易焦糊原料的提取 適用范圍廣,要求原料的顆粒要盡可能細小,能充分浸泡在有機溶劑中 優(yōu)點 簡單易行,便于分離 生產(chǎn)成本低,易保持原料原有的結(jié)構(gòu)和功能 出油率高,易分離 局限性 水中蒸餾會導(dǎo)致原料焦糊和有效成分水解等問題 分離較為困難,出油率相對較低 使用的有機溶劑處理不當會影響芳香油的質(zhì)量 考點三 PCR技術(shù) 1.PCR原理 DNA熱變性原理,即: 2.條件:模板、原料、酶、ATP。 3.場所:體外PCR擴增儀。 4.方向:DNA復(fù)制的具體過程涉及DNA雙鏈的方向。DNA的兩條鏈是反向平行的,為了明確地表示DNA的方
12、向,通常將DNA的羥基(—OH)末端稱為3′端,兩個磷酸基團的末端稱為5′端。DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,而只能從3′端延伸DNA鏈,因此,DNA復(fù)制需要引物。當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合后,DNA聚合酶就能從引物的3′端開始延伸DNA鏈,DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸。 5.過程 (1)變性:當溫度上升到94 ℃以上時,雙鏈DNA解旋為單鏈,如下圖: (2)退火:溫度下降到40~60 ℃左右,兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合,如下圖: (3)延伸:溫度上升到72 ℃左右,溶液中的四種脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿基互補配
13、對原則合成新的DNA鏈,如下圖: 易錯警示 (1)引物是指能夠與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對的一小段DNA或RNA。 (2)PCR技術(shù)只能特異地復(fù)制處于兩個引物之間的DNA序列,使這段固定長度的序列呈指數(shù)擴增。 3.多聚酶鏈式反應(yīng)(PCR)是一種體外迅速擴增DNA片段的技術(shù)。請回答下列有關(guān)PCR技術(shù)的基本原理及應(yīng)用問題: (1)DNA的兩條鏈是反向平行的,通常將 的末端稱為5′端,當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合后,DNA聚合酶就能從引物的 開始延伸DNA鏈。 (2)PCR利用DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈
14、的問題,但又導(dǎo)致了DNA聚合酶失活的新問題。到20世紀80年代,科學(xué)家從一種Taq細菌中分離到 ,它的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用解決了上述問題。要將Taq細菌從其他普通的微生物中分離出來,所用的培養(yǎng)基叫 。 (3)PCR的每次循環(huán)可以分為 三步。假設(shè)在PCR反應(yīng)中,只有一個DNA片段作為模板,請計算在5次循環(huán)后,反應(yīng)物中大約有 個這樣的DNA片段。 (4)請用簡圖表示出一個DNA片段PCR反應(yīng)中第二輪的產(chǎn)物。 (5)簡述PCR技術(shù)的主要應(yīng)用。
15、 。 答案 (1)磷酸基團 3′端 (2)耐高溫的Taq DNA聚合酶 選擇培養(yǎng)基 (3)變性、退火和延伸 32 (4)如圖所示 (5)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測定(要求3項以上) 解析 (1)DNA聚合酶只能把新的核苷酸加到已經(jīng)存在的核酸的3′-羥基上,與DNA母鏈結(jié)合的引物就提供這個羥基。(2)因PCR利用了DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問題,所以用于催化DNA復(fù)制過程的
16、DNA聚合酶要具有耐高溫的特性。用選擇培養(yǎng)基可將Taq細菌從其他普通的微生物中分離出來。(3)DNA復(fù)制時兩條鏈均作為模板,進行半保留復(fù)制,所以復(fù)制5次后得到的子代DNA分子數(shù)為25=32個。(4)新合成的DNA鏈帶有引物,而最初的模板DNA的兩條鏈不帶有引物。(5)PCR技術(shù)可以對DNA分子進行擴增,所以可用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測定等方面。 PCR技術(shù)和DNA復(fù)制的比較 DNA復(fù)制 PCR技術(shù) 場所 細胞核內(nèi) 生物體外 原理 堿基互補配對 堿基互補配對 酶 DNA聚合酶、解旋酶 耐熱的DNA聚合酶(Taq酶) 條件 模
17、板、ATP、引物鏈(RNA)、常溫 模板、ATP、引物鏈(DNA及RNA片段)、溫度變化(94 ℃→40~60 ℃→70~75 ℃) 原料 四種脫氧核苷酸 四種脫氧核苷酸 特點 形成的是整個DNA分子,一個細胞周期只復(fù)制一次 短時間內(nèi)形成大量目的基因DNA片段,呈指數(shù)增長——2n (2010·課標全國卷,37)下列是與芳香油提取相關(guān)的問題,請回答: (1)玫瑰精油適合用水蒸氣蒸餾法提取,其理由是玫瑰精油具有 的性質(zhì)。蒸餾時收集的蒸餾液 (是、不是)純的玫瑰精油,
18、 。 (2)當蒸餾瓶中的水和原料量一定時,蒸餾過程中,影響精油提取量的主要因素有蒸餾時間和 。當原料量等其他條件一定時,提取量隨蒸餾時間的變化趨勢是 。 (3)如果蒸餾過程中不進行冷卻,則精油提取量會 ,原因是
19、 。 (4)密封不嚴的瓶裝玫瑰精油保存時最好存放在溫度 的地方,目的是 。 (5)某植物花中精油的相對含量隨花的不同生長發(fā)育時期的變化趨勢如圖所示。提取精油時采摘花的最合適時間為 天左右。 (6)從薄荷葉中提取薄荷油時 (能、不能)采用從玫 瑰花中提取玫瑰精油的方法,理由是
20、 。 答案 (1)易揮發(fā)、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 不是 玫瑰精油與水蒸氣一起蒸餾出來,所得到的是油水混合物 (2)蒸餾溫度 在一定的時間內(nèi)提取量隨蒸餾時間的延長而增加,一定時間后提取量不再增加 (3)下降 部分精油會隨水蒸氣揮發(fā)而流失 (4)較低 減少揮發(fā) (5)a (6)能 薄荷油與玫瑰精油的化學(xué)性質(zhì)相似 解析 由于玫瑰精油易揮發(fā),難溶于水,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,因此可以用水蒸氣蒸餾法提取,冷卻后必然含有水;蒸餾的提取效果與蒸餾的溫度與蒸餾的時間有關(guān),隨著蒸餾時間的延長,原料中含有的精油減少,提取的量也會減少直至再也提不出精油。蒸餾過程中,如果不
21、冷卻,提取后的混合液溫度較高,由于精油易揮發(fā),其中的含量會降低;保存時,環(huán)境溫度應(yīng)較低為好,防止精油揮發(fā);第(5)小題為信息題,主要考查學(xué)生的讀圖、識圖及圖文轉(zhuǎn)化能力,根據(jù)圖像可知,玫瑰精油在蓓蕾期、開放期之間花的含量較高,應(yīng)在此時采收;由于薄荷精油與玫瑰精油的化學(xué)性質(zhì)相似,可以采用相同的提取方法。 1.有關(guān)透析的敘述中,錯誤的是 ( ) A.用于透析的薄膜要具有選擇透過性 B.透析膜一般是由硝酸纖維素制成的 C.透析能使小分子自由進出,而將大分子保留在袋內(nèi) D.透析可用于更換樣品的緩沖液 答案 A 解析 透析袋一般是用硝酸纖維素(又稱玻璃紙)制成的,它沒
22、有生物活性,故不具有選擇透過性(活的生物膜才具有選擇透過性)。透析袋能使小分子物質(zhì)自由進出,而將大分子保留在袋內(nèi)。透析可以去除樣品中相對分子質(zhì)量較小的雜質(zhì),或用于更換樣品的緩沖液。 2.關(guān)于蛋白質(zhì)提取的敘述中,不正確的是 ( ) A.分離與純化蛋白質(zhì)之前首先要用適當?shù)姆椒ㄊ沟鞍踪|(zhì)釋放出來 B.抽提時要依據(jù)蛋白質(zhì)的不同特性選擇不同的溶劑 C.蛋白質(zhì)的粗提取物離心可除去一些小分子雜質(zhì) D.蛋白質(zhì)的粗制品可能是多種蛋白質(zhì)的混合物 答案 C 解析 對抽提得到的粗提取物離心可除去固體雜質(zhì)。 3.在PCR實驗操作中,下列說法不正確的是 ( ) A.在微量離
23、心管中添加各種試劑時,只需一個槍頭 B.離心管的蓋子一定要蓋嚴,防止液體外溢 C.用手輕彈離心管壁的目的是使反應(yīng)液充分混合 D.離心的目的是使反應(yīng)液集中在離心管底部,使反應(yīng)效果更明顯 答案 A 解析 在微量離心管中添加各種試劑時,每吸取一種試劑后,移液器上的槍頭必須更換,確保實驗的準確性;離心10 s的目的是使反應(yīng)液集中在離心管底部,使反應(yīng)效果更明顯。 4.某同學(xué)做PCR反應(yīng)的實驗時,他最關(guān)鍵的是需要嚴格控制 ( ) A.氧氣的濃度 B.酸堿度 C.溫度 D.大氣的濕度 答案 C 解析 高溫變性、低溫退火、中溫延伸三大步驟構(gòu)成了PCR過程的
24、循環(huán),所以PCR反應(yīng)需要嚴格的控制溫度。 5.從下列植物中提取植物芳香油時,可采用水蒸氣蒸餾法的一組是 ( ) ①玫瑰花 ②橘皮?、圮岳蚧ā、芄鸹? A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 答案 C 解析 用水蒸氣蒸餾法提取植物芳香油時,芳香油要具有易揮發(fā)的特點,且在蒸氣中有效成分不能受到破壞。從橘皮中提取橘皮精油時,若采用水蒸氣蒸餾法,則會發(fā)生部分水解,使用水中蒸餾又會產(chǎn)生原料焦糊的問題,因此,一般采用壓榨法。桂花油易溶于有機溶劑,因此用萃取法提取較好。玫瑰精油和茉莉油都具有揮發(fā)性,且在蒸氣中不被破壞,故采用水蒸氣蒸餾法提取。 6.玫瑰精油被稱為“液體黃金”
25、,其提取方法可用 ( ) A.只能用水蒸氣蒸餾法 B.可用蒸餾法和壓榨法 C.可用蒸餾法和萃取法 D.可用壓榨法和萃取法 答案 C 解析 根據(jù)玫瑰精油化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難溶于水、易溶于有機溶劑的特點,鮮玫瑰花可采用蒸餾法,而干玫瑰花可采用萃取法,但一般不采用壓榨法。 7.血清蛋白電泳時通常用pH為8.6的緩沖液,此時各種蛋白質(zhì)帶有的電荷為( ) A.清蛋白帶正電荷,其他球蛋白帶負電荷 B.清蛋白帶負電荷,其他球蛋白帶正電荷 C.清蛋白與其他球蛋白均帶負電荷 D.清蛋白與其他球蛋白均帶正電荷 答案 C 解析 pH為8.6的緩沖液既能維持血清蛋白的生
26、物活性,又能使血清中各種蛋白質(zhì)帶同一種電荷—負電荷,這樣在負極端點樣,它們都向正極移動,根據(jù)移動速度不同達到分離目的。 8.使用水蒸氣蒸餾法提取玫瑰精油,是因為 ( ) A.其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,難溶于水,易溶于有機溶劑,能隨水蒸氣一同蒸餾 B.其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,難溶于水,難溶于有機溶劑,能隨水蒸氣一同蒸餾 C.其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,難溶于水,易溶于有機溶劑,不能隨水蒸氣一同蒸餾 D.其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,難溶于水,難溶于有機溶劑,不能隨水蒸氣一同蒸餾 答案 A 9.閱讀以下材料,回答相關(guān)問題: 從玫瑰花中提取出的玫瑰精油被稱為“液體黃金”,是世界香料工業(yè)不可取代的原料,多用于
27、制造高級香水、化妝品等。提取出的玫瑰精油不含有任何添加劑或化學(xué)原料,是純天然的護膚品,具有極好的抗衰老和止癢作用,能夠促進細胞的再生、防止肌膚老化、撫平肌膚細紋,還具有使人放松、愉悅心情的功效。玫瑰精油的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,難溶于水,易溶于有機溶劑,揮發(fā)性較強。 (1)根據(jù)材料中介紹的玫瑰精油的性質(zhì),要提取玫瑰精油可以用水中蒸餾和 法提取,但一般采用水中蒸餾的方法,其原因是該法具有 的優(yōu)點。 (2)某同學(xué)在實驗中設(shè)計了如圖所示的裝置提取玫
28、瑰精油,指出該裝置中的兩個錯誤,并予以改正。 ①錯誤1: ; 改正: 。 ②錯誤2: ; 改正:
29、 。 (3)對用上述裝置接收到的乳濁液進行如下處理: 玫瑰油與水的混合物分層油層無水玫瑰精油較純凈的玫瑰精油。 試劑A是 ,試劑C是 ,裝置B是 ,試劑C的作用是 。 答案 (1)萃取 設(shè)備簡單、成本低、易操作 (2)①溫度計位置過低 溫度計的液泡與蒸餾燒瓶的支管口下沿保持水平?、诶淠苓M水口、出水口接錯 冷凝管進水口在下,出水口在上,
30、與蒸氣流向相反 (3)NaCl溶液 無水Na2SO4 分液漏斗 吸去油層中少量的水分 解析 (1)應(yīng)根據(jù)原料特點來選擇提取方法。玫瑰精油揮發(fā)性強,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,可以用蒸餾法提取,另外玫瑰精油不溶于水,易溶于有機溶劑,故對于干玫瑰花還可以用有機溶劑萃取的方法。(2)蒸餾裝置中,溫度計測的是蒸氣溫度,應(yīng)使其液泡與蒸餾燒瓶支管口下沿相平;冷凝管應(yīng)進水口在下,出水口在上,與蒸氣流向相反。(3)為促進蒸餾得到的乳濁液分層,可加入NaCl溶液,而后用分液漏斗將其分開,得到的油層中還含有少量水分,可以用無水Na2SO4吸收,然后過濾即可。 10.近十年來,PCR技術(shù)(多聚酶鏈式反應(yīng))成為分子生物學(xué)實驗室
31、里的一種常規(guī)手段,其原理是利用DNA半保留復(fù)制,在試管中進行DNA的人工復(fù)制(如圖),在很短的時間內(nèi),將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍,使實驗室所需要的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。 (1)加熱使DNA雙鏈打開,這一步是打開 鍵,稱為 ,細胞中是在 的作用下使此鍵斷裂的。 (2)當溫度降低時,引物與模板 端結(jié)合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板延伸,最終合成2個DNA分子,此過程中的原料是 ,遵循的原則是 。 (3)PCR技術(shù)的必要條件,除了模板、原料、ATP、酶以外,至少還需要三個條件,即:液體環(huán)境、適宜的 和 。 (4)PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán),每次循環(huán)可以分為 、 、 三個步驟。 答案 (1)氫 解旋 解旋酶 (2)3′ 四種脫氧核苷酸 堿基互補配對原則 (3)溫度 酸堿度 (4)變性 退火 延伸
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