高考苏教版生物一轮必修1 第3单元 第1讲 ATP和酶.docx
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高考苏教版生物一轮必修1第3单元第1讲ATP和酶
第1讲 ATP和酶
[考纲展示] 1.ATP在能量代谢中的作用（Ⅱ） 2.酶在代谢中的作用（Ⅱ） 3.实验：
探究影响酶活性的因素
考点一|ATP的结构和功能
1．ATP的结构
（1）ATP的元素组成：
C、H、O、N、P。
（2）ATP的化学组成：
一分子腺嘌呤，一分子核糖和三分子磷酸基团。
（3）ATP的结构简式：
A—P～P～P。
（4）ATP中的能量：
主要储存在高能磷酸键中。
2．ATP和ADP的相互转化
（1）转化原因：
ATP的化学性质不稳定，远离腺苷的那个高能磷酸键容易断裂与合成。
（2）转化关系及过程比较：
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量
ATP
ATP
ADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能（光合作用）、化学能（细胞呼吸）
储存在高能磷酸键中的能量
能量去路
储存于形成的高能磷酸键中
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
（3）ATP与ADP相互转化的反应式
。
3．ATP的主要来源和功能
（1）来源
（2）功能：
细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动所需能量的直接来源。
[判断与表述]
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。
（×）
提示：
1个ATP分子中含有1个腺嘌呤，1个核糖和3个磷酸基团。
（2）ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。
（√）
（3）淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。
（×）
提示：
淀粉水解成葡萄糖时不合成ATP。
（4）人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。
（×）
提示：
细胞中的ATP与ADP的含量处于动态平衡状态。
（5）无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。
（×）
提示：
无氧呼吸也能产生ATP。
2．思考回答（规范表述）
（1）ATP由哪几个小分子组成？
提示：
由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三分子磷酸基团组成。
（2）人的心肌细胞比口腔上皮细胞新陈代谢旺盛，那么心肌细胞比口腔上皮细胞含有的ATP多吗？
提示：
ATP在细胞中的含量很少，心肌细胞含有的ATP并不比口腔上皮细胞多，只是ATP与ADP的相互转化迅速。
1．ATP的再生和功能
（1）植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。
（2）植物光合作用光反应阶段产生的ATP专用于暗反应，不用于其他生命活动；植物或动物细胞呼吸产生的ATP才能用于多种生命活动。
（3）ATP水解释放的能量可用于主动运输、发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等。
2．ATP产生速率与O2供给量之间的关系
（1）A点表示在无氧条件下，细胞可进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
（2）AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生速率随之增加。
（3）BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生速率不再加快，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。
◎考法1 考查ATP的结构及其合成和利用
1．（2018·菏泽期中）下列关于ATP的叙述，正确的是（ ）
A．ATP分子由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
B．细胞缺氧时细胞质基质中不能合成ATP
C．细胞代谢加快时，ATP与ADP间的转化加快
D．线粒体和叶绿体合成的ATP均可用于物质跨膜运输
C [ATP分子由腺嘌呤、核糖和磷酸基团组成，A错误；细胞缺氧时细胞质基质中进行无氧呼吸，能合成ATP，B错误；细胞代谢加快时，ATP与ADP间的转化也会加快，C正确；叶绿体合成的ATP只用于暗反应，D错误。
]
2．（2018·福建师大附中期中）ATP是细胞的能量通货，是生命活动的直接能源物质，如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。
下列说法不正确的是（ ）
图1 图2
A．图1中的a可以成为RNA的组成单位之一，b、c为高能磷酸键
B．图2中反应向右进行时，图1中的c键断裂并释放能量
C．ATP与ADP快速转化依赖于酶的催化作用具有高效性
D．ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解
D [a表示腺嘌呤核糖核苷酸，b、c为高能磷酸键，A正确；ATP水解时，远离腺苷的高能磷酸键易断裂并释放能量，B正确；酶的催化具有高效性，可催化ATP与ADP的快速转化，C正确；植物细胞中的ATP可通过光合作用产生，D项错误。
]
[误区警示]
1．误认为ATP与ADP的相互转化是可逆反应
ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面都不尽相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应，但物质可重复利用。
2．误认为细胞中含有大量ATP
生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。
由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量（光能或化学能），生物体就可不断合成ATP，满足生命活动的需要。
◎考法2 ATP和酶的综合考查
3．（2019·长春高三质检）下列有关酶和ATP的叙述中，正确的是（ ）
A．催化ATP合成和水解的酶相同
B．酶合成过程伴随ATP的合成
C．酶催化的化学反应都消耗ATP
D．ATP和某些酶都含有腺嘌呤
D [酶具有专一性，催化ATP合成和水解的酶是不同的，A错误；酶合成过程伴随ATP的水解，B错误；酶催化的化学反应不一定需要消耗ATP，如催化的放能反应还能释放能量产生ATP，C错误；ATP和某些酶（RNA）都含有腺嘌呤，D正确。
]
4．（2018·宁夏银川一中月考）ATP（甲）是生命活动的直接能源物质，据图判断下列叙述正确的是（ ）
A．在主动运输过程中，乙的含量会明显增加
B．丙中不含磷酸键，是RNA基本组成单位之一
C．丁由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成
D．甲―→乙和乙―→丙过程中，其催化作用的酶空间结构相同
C [生物体内ATP、ADP的含量比较少，且处于动态平衡；丙中含有一个普通磷酸键；甲―→乙和乙―→丙是不同的酶促反应，酶种类不同，其空间结构不同。
]
考点二|酶的本质、作用和特性
1．酶的本质与作用
（1）本质与作用
化学本质
绝大多数是蛋白质
少数是RNA
合成原料
氨基酸
核糖核苷酸
合成场所
核糖体
主要是细胞核（真核细胞）
来源
一般来说，活细胞（哺乳动物成熟的红细胞除外）都能产生酶
作用场所
细胞内、外或生物体外均可
生理功能
催化作用
（2）作用机理
①活化能：
分子从常态转变为容易发生反应的活跃状态所需要能量。
②作用机理：
降低化学反应的活化能。
2．酶的特性
（1）高效性
①曲线分析：
酶对应曲线A，无机催化剂对应曲线B，未加催化剂对应曲线C。
（填字母）
②结论：
与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更明显，即酶的催化效率更高。
（2）专一性
①图形分析
a．写出图中所示的化学反应：
B
E＋F。
b．图中C、D表示不能（填“能”或“不能”）被该酶催化的物质。
②结论：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（3）作用条件较温和：
在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。
高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。
[判断与表述]
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）酶的基本组成单位是氨基酸。
（×）
提示：
酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸。
（2）酶提供了反应过程所必需的活化能。
（×）
提示：
酶的作用是降低活化能。
（3）酶活性的发挥离不开其特定的结构。
（√）
（4）高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。
（×）
提示：
低温不破坏酶的结构。
（5）酶活性最高时的温度适合酶的保存。
（×）
提示：
酶适合保存在低温条件下。
2．思考回答（规范表述）
如图曲线表示在无酶催化条件和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。
（1）图中ab段的含义是什么？
提示：
ab段表示酶所降低的该化学反应所需的活化能。
（2）该反应是吸能反应还是放能反应？
你判断的依据是什么？
提示：
放能反应。
终态产物P所含的能量低于初态反应物A所含的能量。
影响酶促反应的因素
（1）温度和pH
图甲和图乙显示：
①在最适温度（pH）时，酶的催化作用最强，高于或低于最适温度（pH），酶的催化作用都将减弱。
②在一定温度（pH）范围内，随温度（pH）的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
③过酸、过碱、高温都会破坏酶的空间结构使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子空间结构未被破坏，温度适当升高酶可恢复活性。
从图丙和图丁可以看出：
pH或温度的变化不影响酶作用的最适温度或pH。
（2）底物浓度和酶浓度
甲 乙
①甲图：
在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
②乙图：
在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
◎考法1 考查对酶的本质、作用和特性的理解
1．（2018·北京顺义区期末）下列有关生物体内的酶叙述，正确的是（ ）
A．酶的基本组成单位是氨基酸或脱氧核糖核苷酸
B．酶活性的变化与酶所处的环境的改变无关
C．酶的空间结构破坏会导致其活性部分或全部丧失
D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度均是37℃
C [酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A错误；酶活性与其所处的作用条件有关，B错误；酶的空间结构破坏会导致其活性部分或全部丧失，C正确；唾液淀粉酶应低温保存，D错误。
]
2．（2018·潍坊期中联考）下列有关酶的叙述，正确的是（ ）
A．在人体的生命活动中，酶可起到催化和调节作用
B．与无机催化剂不同，酶能降低化学反应的活化能
C．酶都是由内分泌细胞合成的，具有高效性
D．酶的作用条件比较温和，高温可使酶失活
D [在人体的生命活动中，酶起催化作用，不起调节作用，A项错误；与无机催化剂相比，酶降低化学反应的活化能更显著，B项错误；一般来说，活细胞都能产生酶，具有高效性，C项错误；酶的作用条件比较温和，高温会破坏酶分子的结构，使酶失活，D项正确。
]
◎考法2 结合坐标图考查酶的作用和特性
[解题指导]“四步法”分析酶促反应曲线
1．识标：
“识标明变量”。
明确酶促反应曲线坐标图中横坐标（自变量）和纵坐标（因变量）的含义。
2．析线：
“析线理关系”。
分析酶促反应曲线走势，明确因变量怎样随自变量的变化而变化。
“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。
3．明点（特殊点）：
“抓点求突破”。
明确酶促反应曲线中起点、终点、顶点、拐点、交叉点、特殊条件下的交点等表示的生物学含义。
4．判断：
“先分后合巧辨析”。
对多条酶促反应曲线图，根据曲线上不同标示物识别曲线所代表的意义（有的曲线直接标出），首先对每一条曲线单独分析，进行比较，判断曲线间有无联系或找出相互关系，然后综合分析。
3．（2018·龙岩高三期末）图甲表示人和植物的淀粉酶在不同pH条件下的活性，图乙表示a、b、c三种酶的活性受温度影响的情况。
下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A．若环境由中性变成酸性，人淀粉酶的活性逐渐升高
B．植物和人的淀粉酶活性相同时，pH也可以相同
C．a、b酶活性相同时，温度对酶的影响相同
D．c酶的最适温度应大于40℃
B [据图分析可知，人的淀粉酶在pH略微偏碱性的环境中活性最高，若环境由中性变成酸性，人淀粉酶的活性逐渐降低，A错误；植物和人的淀粉酶活性相同时，pH也可以相同，如图中两条曲线的交点，B正确；a、b酶活性相同时，温度对酶的影响可能相同，也可能不同，C错误；c酶的最适温度可能等于或大于40℃，D错误。
]
4．如图甲是H2O2酶活性受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH＝B时H2O2分解产生的O2量随时间的变化。
若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是（ ）
A．pH＝A时，E点下降，D点左移
B．pH＝C时，E点为0
C．温度降低时，E点不移动，D点右移
D．H2O2量增加时，E点不移动，D点左移
C [O2的最大释放量只与H2O2的量有关，与酶的活性无关，与pH＝B时相比，pH＝A时酶的活性下降，E点不变，D点右移；H2O2不稳定，在过氧化氢酶失活时，H2O2仍能分解；温度降低时酶的活性降低，E点不变，但H2O2完全分解所用的时间延长，D点右移；增加H2O2量，E点上移，D点右移。
]
◎考法3 考查酶特性的相关实验探究
5．（2018·潍坊期中）取5支试管，编号1、2、3、4、5，分别加入1.0mol/L的过氧化氢溶液2mL，进行下列实验，据表分析下列叙述错误的是（ ）
试管编号
1
2
3
4
5
加入物质
蒸馏水
锈铁钉
肝脏研磨液
煮沸冷却的肝脏研磨液
肝脏研磨液＋NaOH
实验结果
无气泡
少量气泡
大量气泡
无气泡
无气泡
A．在1号、2号、3号组成的对照实验中，温度是重要的无关变量
B．2号和3号对照，说明酶有高效性
C．3号比1号反应速率快是因为酶为反应过程供能
D．3号和4号、5号对照，说明温度、pH会影响酶活性
C [酶不能为化学反应提供能量，3号比1号反应速率快是因为酶降低了化学反应的活化能。
]
6．（2019·湖北模拟）某同学进行了下列有关酶的实验：
甲组：
淀粉溶液＋新鲜唾液→加入斐林试剂→出现砖红色沉淀
乙组：
蔗糖溶液＋新鲜唾液→加入斐林试剂→不出现砖红色沉淀
丙组：
蔗糖溶液＋蔗糖酶溶液→加入斐林试剂→？
下列叙述正确的是（ ）
A．丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”
B．三组实验都应始终在37℃条件下进行
C．该同学的实验目的是验证酶的专一性
D．可用碘液代替斐林试剂进行检测
C [丙组的实验结果应是“出现砖红色沉淀”，A项错误；三组实验加入斐林试剂后还应进行水浴加热，B项错误；甲组和乙组对照，乙组和丙组对照验证了酶的专一性，C项正确；碘液只能检测淀粉是否分解，不能检测蔗糖是否分解，因此不能用碘液代替斐林试剂进行检测，D项错误。
]
[方法总结]对比法验证酶的高效性和专一性
1．验证酶的高效性
设计思路：
将用酶催化的反应与用无机催化剂催化的反应进行对照，验证酶的催化效率比无机催化剂高。
设计方案示例：
2．验证酶的专一性
设计思路：
酶相同，底物不同（或底物相同，酶不同）。
设计方案示例：
结论：
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。
说明：
若验证某种具体酶的专一性，设计思路应该是该种酶作用与不同种底物。
考点三|探究影响酶活性的因素（实验）
1．实验原理
（1）酶活性：
酶对化学反应的催化效率。
（2）探究温度对酶活性的影响
①反应原理
②鉴定原理：
温度影响酶的活性，从而影响淀粉水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
（3）探究pH对酶活性的影响
①反应原理：
2H2O2
2H2O＋O2（反应式）。
②鉴定原理：
pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2产生量的多少。
2．实验流程与结论
（1）探究温度对酶活性的影响
实验操作
试管编号
1
2
3
变量分析
加入α淀粉酶溶液
1mL
1mL
1mL
无关变量
控制温度
60℃水浴
沸水浴
冰水浴
自变量
加入淀粉溶液
2mL
2mL
2mL
无关变量
一段时间后
混合
混合
混合
无关变量
滴加碘液
1滴
1滴
1滴
实验现象
不变蓝
变蓝
变蓝
因变量
实验结论
高温、低温都影响酶的活性
（2）探究pH对酶活性的影响
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
注入等量的过氧化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
注入等量的不同pH的溶液
1mL蒸馏水
1mL5%的HCl
1mL5%的NaOH
注入等量的3%的过氧化氢溶液
2mL
2mL
2mL
观察实验现象
有大量气泡产生
无气泡产生
无气泡产生
将点燃的卫生香插入试管内液面的上方
燃烧剧烈
燃烧较弱
燃烧较弱
实验结论
过酸、过碱都影响酶的活性
1．实验变量控制的三个原则
实验变量
控制原则
实 例
自变量
单一变量原则
探究温度对酶活性的影响实验中只有温度一个自变量
无关变量
等量适宜原则
探究温度对酶活性的影响实验中pH为无关变量，不但相同，还要适宜
因变量
可观测性原则
探究温度对酶活性的影响实验中，根据淀粉遇碘变蓝的颜色反应将不可观测地反应直观地显现出来，便于实验结果的观测
2.实验材料的选择
（1）若选择淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不宜选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
（2）在探究酶的适宜温度的实验中，不宜选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢（H2O2）在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
（3）不选用淀粉酶探究pH对酶活性的影响，因为强酸强碱催化淀粉水解，这样实验中就存在两个实验变量，使实验结果受到干扰。
3．实验操作过程
（1）影响酶活性的因素主要有温度、pH等。
当考查其中一种因素对酶活性的影响时，其他因素是无关变量，要在实验过程中保持相同且适宜。
（2）在探究温度或pH对酶活性的影响时，一定要把酶和底物在各自的温度或pH下处理一段时间，然后再混合。
1．（2019·龙岩高三质检）某研究小组利用3%鸡肝匀浆、3%H2O2溶液、pH缓冲液等，在适宜温度下探究pH对过氧化氢酶活性的影响，实验结果如下表。
该实验能得出的结论是（ ）
pH
3.0
5.0
7.0
9.0
11.0
酶活性（产生的气泡个数/30）
4
8
25
20
10
A．过氧化氢酶具有高效性
B．鸡肝匀浆中过氧化氢酶最适pH一定为7.0
C．pH为7.0时提高温度，酶活性会提高
D．过氧化氢酶对酸性环境的耐受性低
D [此实验不涉及无机催化剂催化过氧化氢，无法说明过氧化氢酶具有高效性，A错误；表中设置的pH梯度不是足够小，因此过氧化氢酶的最适pH不一定是7，B错误；题目给定的为适宜温度，因此当温度提高时，酶的活性会降低，C错误。
]
2．（2019·福建模拟）某生物兴趣小组为了探究pH对某种酶活性的影响，做了如下实验。
实验步骤：
一、取3支洁净的试管，编号为A、B、C，分别加入等量的酶溶液；
二、在每支试管中加入等量的底物溶液；
三、在A、B、C试管中加入等量的缓冲液，使pH分别稳定在5.0、7.0、9.0；
四、将3支试管置于不同的温度下，定时检测产物浓度。
请回答下列问题：
（1）上述实验步骤中存在两处明显错误，请更正。
______________________________________________________
______________________________________________________。
（2）在实验操作正确的情况下，实验结果如图。
①该实验中酶促反应速率用________________________表示。
实验开始1min后A组产物浓度不再增加的原因是______________________________________________________。
②为进一步探究该酶作用的最适pH，应在pH为________范围开展实验。
解析：
（1）实验步骤中，酶溶液和底物溶液混合后再用缓冲液调pH，这样在达到设定的pH之前酶就发挥了作用，实验结果不准确。
实验研究的是pH对酶活性的影响，温度是无关变量，应适宜且相同。
（2）该酶促反应速率是用单位时间内产物的生成量来表示的。
1min后A组产物不再增加的原因是底物完全分解。
该酶的最适宜pH在0～7之间。
答案：
（1）应将步骤二、三顺序调换；步骤四更正为：
将3支试管置于最适温度（或相同且适宜温度）下，定时检测产物浓度
（2）单位时间内产物的生成量（或单位时间内产物浓度的变化量） 底物的量有限（或底物浓度是一定的） 0～7.0（或大于0小于7）
真题体验|感悟高考 淬炼考能
1．（2017·全国卷Ⅱ）下列关于生物体中酶的叙述，正确的是（ ）
A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶
B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度都是37℃
C [本题考查酶的种类、分布、特性与保存。
在细胞核外，叶绿体和线粒体中也含有参与DNA合成的酶，A错误；由活细胞产生的酶，在生物体外适宜的条件下也有催化活性，如唾液淀粉酶在适宜条件下可催化试管中的淀粉水解，B错误；盐析可使蛋白质沉淀，但不会破坏蛋白质的空间结构，析出的蛋白质仍可以溶解在水中，其化学性质不会发生改变，C正确；唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37℃，但保存时应在低温条件下，D错误。
]
2．（2016·全国卷Ⅰ）若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是（ ）
A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B．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
C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C [在测定酶活力的实验中，酶与底物混合后再用缓冲液调pH，这样在达到设定pH之前酶就发挥了作用，实验结果不准确，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。
]
3．（2015·海南高考）ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。
关于ATP的叙述，错误的是（ ）
A．酒精发酵过程中有ATP生成
B．ATP可为物质跨膜运输提供能量
C．ATP中高能磷酸键水解可释放能量
D．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
D [ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成。
]
4．（2016·全国卷Ⅱ）为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：
A组（20℃）、B组（40℃）和C组（60℃），测定各组在不同反应时间内的产物浓度（其他条件相同），结果如图。
回答下列问题：
（1）三个温度条件下，该酶活性最高的是________组。
（2）在时间t1之前，如果A组温度提高10℃，那么A组酶催化反应的速度会________。
（3）如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量________，原因是______________________________________________________。
（4）生物体内酶的化学本质是________________，其特性有______________________________________________________
____________________
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