高考生物专题之计算类.docx
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高考生物专题之计算类
高中生物计算专题
一．生命的基础有关计算
（一）.有关氨基酸、蛋白质的相关计算
1.一个氨基酸中的各原子的数目计算：
C原子数＝R基团中的C原子数＋2，H原子数＝R基团中的H原子数＋4，O原子数＝R基团中的O原子数＋2，N原子数＝R基团中的N原子数＋1
2.肽链中氨基酸数目、肽键数目和肽链数目之间的关系：
若有n个氨基酸分子缩合成m条肽链，则可形成（n-m）个肽键，脱去（n-m）个水分子，至少有－NH2和－COOH各m个。
游离氨基或羧基数＝肽链条数＋R基中含有的氨基或羧基数。
例．（2005·上海生物·30）某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是（C）
A、618B、518C、517D、617
解析：
每条短肽至少有一个氨基（不包括R基上的氨基），共有5个短肽，所以这些短肽氨基总数的最小值是5个；肽链的肽键数为n－1,所以肽键数为（4－1）＋2×（3－1）＋2×（6－1）=17。
例．（2003上海）人体免疫球蛋白中，IgG由4条肽链构成，共有764个氨基酸，则该蛋白质分子中至少含有游离的氨基和羧基数分别是（D ）
A．746和764 B．760和760 C．762和762 D．4和4
3.氨基酸的平均分子量与蛋白质的分子量之间的关系：
n个氨基酸形成m条肽链，每个氨基酸的平均分子量为a，那么由此形成的蛋白质的分子量为：
n•a-（n-m）•18（其中n-m为失去的水分子数，18为水的分子量）；该蛋白质的分子量比组成其氨基酸的分子量之和减少了（n-m）·18。
（有时也要考虑因其他化学建的形成而导致相对分子质量的减少，如形成二硫键。
例．（2003上海）某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均分子量为a，控制该蛋白质合成的基因含b个碱基对，则该蛋白质的分子量约为（D ）
A．
B．
C．
D．
4.在R基上无N元素存在的情况下，N原子的数目与氨基酸的数目相等。
5.蛋白质分子完全水解时所需的水分子数＝蛋白质形成过程中脱下的水分子数。
6.有关多肽种类的计算：
假若有n种氨基酸，由这n种氨基酸组成多肽的情况，可分如下两种情形分析。
（1）每种氨基酸数目无限的情况下，可形成m肽的种类为nm种；
（2）每种氨基酸数目只有一种的情况下，可形成m肽的种类为n×（n－1）×（n－2）……×1种
m
例 称取某多肽415g，在小肠液的作用下完全水解得到氨基酸505g。
经分析知道组成此多肽的氨基酸平均相对分子质量为100，此多肽由甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸3种氨基酸组成，每摩尔此多肽含有S元素51mol。
3种氨基酸的分子结构式如下：
（1）小肠液为多肽的水解提供的物质是____________________________。
（2）组成一分子的此多肽需氨基酸个数为__________________________。
（3）此多肽分子中3种氨基酸的数量比为___________________________。
（4）控制此多肽合成的基因片段至少有脱氧核苷酸个数为______________。
解析 第
（2）小题由题意可知，415g此多肽完全水解需要水505g-415g=90g，即形成415g此种多肽需要脱去90g水。
415g此多肽形成时，需要氨基酸505／100＝5．05（mol），脱水90／18＝5（mol），所以在形成此多肽时需要的氨基酸摩尔数与合成时脱去的水分子摩尔数之比为：
5．05／5=1.01。
设该肽链上的氨基酸残基数目为n，则该肽链上的氨基酸残基数目与在形成该肽链时脱去的水分子数之比：
n／（n-1）。
得n／（n-1）=1．01，解此方程得n=101。
所以此多肽为101肽。
第（3）小题由于某摩尔此多肽含有S元素51mol，可知，一分子此多肽需由51分子的半胱氨酸脱水形成。
所以，可利用平均分子量计算求解此多肽分子中三种氨基酸的数量比。
根据三种氨基酸的结构式可知：
甘氨酸的分子量为75；丙氨酸的分子量为89；半胱氨酸的分子量为121。
设形成此多肽需甘氨酸a个，则有：
75a＋89（101－51－a）＋121×51＝101×100
解得：
a=37；101-51-a=13
即，此多肽中三种氨基酸的数量比是：
甘氨酸:
丙氨酸:
半胱氨酸=37:
13:
51
第（4）小题中由mRNA翻译成蛋白质时，是3个碱基决定一个氨基酸，基因转录成mRNA时是以其中的一条链为模板转录的，而基因中有两条链，所以指导合成多肽的基因中的脱氧核苦酸数为多肽中的氨基酸总数乘6。
答案
（1）肽酶
（2）101肽 （3）甘氨酸：
丙氨酸：
半胱氨酸=5∶45∶51 （4）606
例、现有一种“十二肽”，分子式为CXHYNZOW（Z>12，W>13）。
已知将它们彻底水解后得到下列氨基酸：
CH2－SH
半胱氨酸：
NH2－C－COOH丙氨酸：
CH3－CH－COOH
HNH2
天门冬氨酸：
HOOC－CH2－CH－COOH
NH2
赖氨酸：
H2N－CH2－（CH2）3－CH－COOH
NH2
苯丙氨酸：
CH2－CH－COOH
NH2
请回答下列问题：
（1）该“十二肽”的合成发生在细胞的中（写细胞器）。
（2）1个该“十二肽”分子水解时需要的水分子数是个。
（3）合成该多肽时，需要个遗传密码，与该多肽相应的基因（DNA分子）上至少有个嘧啶碱基。
（4）将一个该“十二肽”分子彻底水解后有个赖氨酸和个天门冬氨酸。
解析：
①由于在半胱氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸、苯丙氨酸中都只含有1分子“N”，而赖氨酸中含有2分子“N”。
又知，该十二肽由12个氨基酸组成，如果只含有1个赖氨酸，则可知，该十二肽含有13分子“N”；每增加1个赖氨酸，该十二肽都会增加1分子“N”。
即，如果CXHYNZOW（Z>12，W>13）含有13分子“N”，水解后的赖氨酸分子数为13-12=1；如果CXHYNZOW（Z>12，W>13）含有14分子“N”，水解后的赖氨酸分子数为14-12=2，依此类推。
所以，将一个该“十二肽”分子彻底水解后有（Z-12）个赖氨酸。
②由于在半胱氨酸、丙氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸中都只含有1分子“—COOH”，而天门冬氨酸中含有2个“—COOH”。
该十二肽由12个氨基酸脱水缩合形成过程中，有11个氨基酸分别拿出一个“—COOH”来进行脱水缩合，而且每个“—COOH”都脱掉一分子的“—OH”剩下一分子“O”。
根据分析可知，如果只含有1个天门冬氨酸，该十二肽含有15（2×12-11=13，13+2=15）个“O”；每增加1个天门冬氨酸，该十二肽都会增加2个“O”。
即，如果CXHYNZOW（Z>12，W>13）含有15个“O”，水解后的天冬氨酸分子数为=1；如果CXHYNZOW（Z>12，W>13）含有15+2=17个“O”，水解后的天门冬氨酸分子数为=2，依此类推。
所以，将一个该“十二肽”分子彻底水解后有个天门冬氨酸。
③由于该十二肽由十二个氨基酸组成，每个氨基酸由一个密码子决定，即，需要12个遗传密码。
而一个密码子由3个碱基组成，mRNA是单链，基因片段（DNA）是双链。
所以，控制该十二肽合成的基因片段至少含有的碱基数=12×3×2=72；而在基因片段（DNA）是双链中，嘌呤碱基的数量等于嘧啶碱基的数量，控制该十二肽合成的基因片段至少含有的嘧啶碱基数=72×=36。
答案：
（1）核糖体
（2）11（3）12；36
（4）Z-12；
（二）物质进出细胞所通过的膜的层数或磷脂双分子层数
活细胞代谢时需不断的与外界环境进行物质交换，即从外界环境获得氧气和营养物质，同时，把自身代谢产生的二氧化碳、水等代谢终产物和对细胞有害物质派出体外。
细胞代谢是在专门细胞器或细胞质基质中进行的，从结构上看，内质网、高尔基体、液泡膜、线粒体、叶绿体都是由膜结构构成的。
前三者为单层膜，后二者是双层膜。
每层膜都与细胞膜一样的，都含有两层磷脂分子。
因此，计算某物质代谢中进入细胞所通过的膜的层数或磷脂双分子层数，一定要弄清物质在体内的运行路线，结合各部分结构和相应功能便可作答。
注意物质进入毛细血管，穿过毛细血管壁和氧气或二氧化碳穿过肺泡壁时都要经过两层细胞膜。
例.1分子二氧化碳从空气中进入玉米维管鞘细胞的叶绿体内，共穿过的生物膜层数至少是（B）
A.8层B.9层C.10层D.11层
例.内质网腔内的分泌蛋白，输送到高尔基体腔内进一步加工，最后释放到细胞外。
这一过程中分泌蛋白通过的生物膜层数是（D）
A.4层B.3层C.2层D.0层
例.萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（C）
A．4层 B．6层
C．8层 D．10层
【解析】葡萄糖经小肠进入毛细血管需经过两层细胞：
小肠粘膜上皮细胞和毛细血管壁上皮细胞。
葡萄糖从小肠进入毛细血管要经过4层细胞膜，每层细胞膜由双层磷脂分子层和蛋白质构成，故共穿过8层磷脂分子层。
例.肺泡中的1个氧分子，以氧合血红蛋白的形式运输到组织细胞，最后在细胞内成为水中的氧。
在此过程中，这个氧分子需通过的选择透过性膜的次数共为：
（D）
A、5次B、7次C、9次D、11次
解析：
外界空气中的氧进入人体红细胞与血红蛋白结合（血红蛋白位于血浆的红细胞内），至少需穿过肺泡壁（单层细胞围成）、毛细血管壁（单层细胞围成）、红细胞膜、毛细血管壁（单层细胞围成）、组织细胞、线粒体的双层膜。
而氧分子要穿过肺泡壁，首先要进入肺泡壁中的某个细胞，然后再出这个细胞，即在氧分子穿过肺泡壁的过程中共通过了两层细胞膜结构。
同理，氧分子穿过毛细胞血管壁进入血浆的过程中也要通过两层膜结构。
血红蛋白在红细胞内，所以氧气进入红细胞后就可与血蛋白结合，即氧气从血浆进入红细胞与血红蛋白结合只需通过一层膜结构。
氧气被运输到组织细胞周围时，氧气从红细胞出来进入血浆（一层膜），再出毛细血管壁（两层膜），进入组织液，再进入组织细胞（单层膜），再进入线粒体的基质（两层膜）。
综上，外界空气中的氧进入人体后，参加到呼吸作用共通过11细胞膜（一层膜结构由两层磷脂分子构成，即共需通过22层磷脂分子层）。
二.生物代谢的相关计算
主要是根据光合作用和呼吸作用的有关反应式的计算：
1．根据反应式中原料与产物之间的关系进行简单的化学计算，这类题目的难度不大。
规律1：
消耗等量的葡萄糖时无氧呼吸与有氧呼吸所产生的二氧化碳摩尔数之比为1：
3
规律2：
产生等量的ATP时无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖摩尔数之比为19：
1
规律3：
释放等量的二氧化碳时无氧呼吸与有氧呼吸所消耗的葡萄糖摩尔数之比为3：
1，转移到ATP中能量之比为1：
6.8
规律4：
有氧呼吸过程中能量转化率为1161/2870=40.5%
无氧呼吸产生酒精过程中能量转化率为61.08/225.94=27%
无氧呼吸产生乳酸过程中能量转化率为61.08/2196.65=31.1%
2．有关光合作用强度和呼吸作用强度的计算：
对于绿色植物来说，由于进行光合作用的同时，还在进行呼吸作用。
因此，光下测定的值为净光合速率，而实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
一般以光合速率和呼吸速率（即单位时间单位叶面积吸收和放出CO2的量或放出和吸收O2的量）来表示植物光合作用和呼吸作用的强度，并以此间接表示植物合成和分解有机物的量的多少。
（1）光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用吸耗氧量
（2）光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳消耗量+呼吸作用二氧化碳释放量
（3）光合作用葡萄糖净生产量=光合作用实际葡萄糖生产量﹣呼吸作用葡萄糖消耗量
（呼吸速率可在黑暗条件下测得）
例．（1999年高考广东生物试题）将某种绿色植物的叶片放在特定的实验装置中，研究在10℃、20℃的温度下，分别置于5000勒克斯、20000勒克斯光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用，结果如下图所示。
（1）该叶片的呼吸速率在20℃下是10℃下的____________倍。
（2）该叶片在10℃、5000勒克斯的光照下，每小时光合作用所产生的氧气量是________毫克。
（3）叶片在20℃、20000勒克斯的光照下，如果光合作用合成的有机物都是葡萄糖，每小时产生的葡萄糖为____________毫克。
答案．
（1）3
（2）4mg （3）7.03mg
3．有关有氧呼吸和无氧呼吸的混合计算：
在关于呼吸作用的计算中，在氧气充足的条件下，完全进行有氧呼吸，在绝对无氧的条件下，只能进行无氧呼吸。
设计在这两种极端条件下进行的有关呼吸作用的计算，是比较简单的。
但如果在低氧条件下，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，设计的计算题就复杂多了，解题时必须在呼吸作用释放出的CO2中，根据题意确定有多少是无氧呼吸释放的，有多少是有氧呼吸释放的。
呼吸作用的底物一般是葡萄糖，以葡萄糖作为底物进行有氧呼吸时，吸收的O2和释放的CO2的量是相等的，但如以其他有机物作为呼吸底物时，吸收的O2和释放的CO2就不一定相等了，在计算时一定要写出正确反应方程式，并且要正确配平后才进行相关的计算。
例 右图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。
请据图回答下列问题：
（1）外界氧浓度在10％以下时，该器官的呼吸作用方式是_______________________。
（2）该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是__________________，进行此种呼吸方式所用的底物是________________。
（3）当外界氧浓度为4～5％时，该器官CO2释放量的相对值为0．6，而O2吸收量的相对值为0.4。
此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的_______倍，释放的能量约相当于有氧呼吸的_______倍，转移到ATP的能量约相当于有氧呼吸的________倍。
解析 根据图所示曲线，在氧浓度大于10％时，O2的吸收量与CO2的释放量相等，说明该非绿色组织此时进行的是有氧呼吸，呼吸底物主要是葡萄糖，因为以葡萄糖为呼吸底物时，根据有氧呼吸的反应方程式，吸收的氧气和释放的二氧化碳是相等的。
在氧浓度小于 10％时，CO2的释放量大于氧气的吸收量，说明有一部分CO2是通过无氧呼吸释放出来的，所以在氧浓度小于10％时就是无氧呼吸和有氧呼吸并存。
第3小题的计算方法是：
在外界氧浓度为4～5％时，O2的吸收量相对值为0．4，则通过有氧呼吸释放的CO2的相对值也应为0．4，有氧呼吸分解1mol葡萄糖释放6molCO2，所以通过有氧呼吸消耗葡萄糖的相对值应为0．4／6。
无氧呼吸释放的CO2的相对值为0．6-0．4＝0．2，按题意该非绿色组织无氧呼吸产物是酒精和CO2分解1mol葡萄糖释放2molCO2，所以通过无氧呼吸消耗的葡萄糖的相对值为0.2／2。
由此可知，无氧呼吸消耗的葡萄糖约相当于有氧呼吸的倍数是：
（0．2／2）/（0.4／6）＝1．5。
释放的能量无氧呼吸约相当于有氧呼吸的倍数是：
［（0．2／2）×196．65］÷［（0．4／6）×2870］＝0．1027。
无氧呼吸转移到ATP中的能量约相当于有氧呼吸的倍数是：
［（0．2／2）×61．08］÷［（0．4／6）×1255］＝0.073。
答案
（1）有氧呼吸和无氧呼吸
（2）有氧呼吸 葡萄糖 （3）1.5 0.1 0.07
三.生物的生长、发育、繁殖的相关计算
（一）、细胞分裂有关数目变化
Ⅰ.细胞数目变化
有丝分裂每一个细胞周期中1个细胞分裂形成2个子细胞，连续分裂n次，产生子细胞数为2n（n为分裂次数）
减数分裂过程细胞要连续分裂二次，对动物来说，精子形成过程1个精原细胞分裂后能形成4个成熟精子，而卵细胞形成过程1个卵原细胞分裂后能形成1个卵细胞和3个极体（最后退化）。
Ⅱ.细胞分裂各期的染色体、DNA、同源染色体、四分体等数量计算
该种题型主要有两种出题方法：
1．给出细胞分裂某个时期的分裂图，计算该细胞中的各种数目。
该种情况的解题方法是在熟练掌握细胞分裂各期特征的基础上，找出查各种数目的方法：
（1）染色体的数目＝着丝点的数目
（2）DNA数目的计算分两种情况：
●当染色体不含姐妹染色单体时，一个染色体上只含有一个DNA分子；
●当染色体含有姐妹染色单体时，一个染色体上含有两个DNA分子。
（3）同源染色体的对数在有丝分裂各期、减Ⅰ分裂前的间期和减数第一次分裂期为该时期细胞中染色体数目的一半，而在减数第二次分裂期和配子时期由于同源染色体已经分离进入到不同的细胞中，因此该时期细胞中同源染色体的数目为零。
（4）在含有四分体的时期（联会时期和减Ⅰ中期），四分体的个数等于同源染色体的对数。
2．无图，给出某种生物细胞分裂某个时期细胞中的某种数量，计算其它各期的各种数目。
该种题型的解题方法可在熟练掌握上种题型的解题方法的基础上，归纳出各期的各种数量变化，并找出规律。
如下表：
间期
有丝分裂
减Ⅰ分裂
减Ⅱ分裂
配子
前、中期
后期
末期
前期
中期
后期
前期
中期
后期
染色体（条）
2N
2N
4N
2N
2N
2N
2N
N
N
2N
N
DNA（个）
2C→4C
4C
4C
2C
4C
4C
4C
2C
2C
2C
C
同源染色体（对）
N
N
2N
N
N
N
N
无
无
无
无
四分体（个）
无
无
无
无
N
N
无
无
无
无
无
染色单体（条）
O→4N
4N
0
0
4N
4N
4N
2N
2N
0
0
（二）、关于配子的种类
1．一个性原细胞进行减数分裂，
（1）如果在染色体不发生交叉互换，则可产生4个2种类型的配子，且两两染色体组成相同，而不同的配子染色体组成互补。
（2）如果染色体发生交叉互换（只考虑一对同源染色体发生互换的情况），则可产生四种类型的配子，其中亲本类型2种（两种配子间染色体组成互补），重组类型2种（两种配子间染色体组成互补）（可参照教材106页图5-11进行分析）
2．有多个性原细胞，设每个细胞中有n对同源染色体，进行减数分裂
（1）如果染色体不发生交叉互换，则可产生2n种配子
（2）如果有m对染色体发生互换，则可产生2n+m种配子。
（分析：
据规律
（1）中的②结论可推知：
互换了m对，可产生4m种配子；据规律
（2）中的①结论可推知：
没发生互换的有n-m对，可产生2n-m种配子；则共产生配子的种类为：
2n-m×4m=2n+m种。
例．若动物的初级精母细胞中同源染色体的对数为n,在不发生互换的条件下，经非同源染色体自由组合产生的配子种类将有（A）
A．2n种B.4n种C.n2种D.2n种
（三）、关于互换率的计算有A个性原细胞进行减数分裂，若有B个细胞中的染色体发生了互换，则
1．发生互换的性原细胞的百分率=Ｂ／Ａ×100%
2．在产生的配子中，重组类型的配子占总配子数的百分率（即互换率）＝2B／4A×100%=B／2A×100%
3．产生新类型（重组类型）的配子种类：
2种
每种占总配子数的百分率=B／4A×100%
（四）、与生物个体发育的相关计算：
1．一个胚珠（内产生一个卵细胞和两个级核，进行双受精）发育成一粒种子；一个子房发育成一个果实；
例一颗饱满的花生中有两粒种子，则此花生的形成需要的子房、胚珠和至少的花粉粒数分别是（ ）
A.2、2、4 B．1、1、3 C．1、2、2 D．1、2、4
解析 一颗花生是一个果实，此果实由一个子房发育而成，子房中有多少个胚珠就有可能形成多少个种子。
花生壳是果皮，由子房壁发育而成；种子由胚珠发育而来，一个胚珠可发育成一粒种子，花生果实中有2粒种子，就需要2个胚珠。
花生是被子植物，进行双受精，一个精子与一个卵细胞结合形成的受精卵发育成胚，一个精子与2个级核结合形成的受精极核发育成胚乳，一粒花粉粒可萌发形成一个花粉管，其中有2个精子，故一粒种子的形成至少需要1粒花粉粒，而2粒种子的形成则需要2粒花粉粒。
答案 C
2．若细胞中染色体数为2N，则精子、卵细胞、极核内的染色体数都为N；受精卵→胚细胞中染色体数为2N（来自父、母方的染色体各占1/2），受精极核→胚乳细胞中染色体数为3N（来自父方的占1/3，母方的占2/3，且与精子结合的两个极核的基因型和与另一个精子结合的卵细胞的基因型是相同的），种皮、果皮等结构的染色体数为2N（全部来自母方）。
例.玉米的体细胞中含有20条染色体，在正常情况下，它的卵细胞、胚细胞、胚乳细胞、珠被细胞所含的染色体数依次是（B ）
A．10、20、20、20 B．10、20、30、20
C．10、20、10、20 D．10、30、30、20
（五）.关于染色体倍性变化
染色体倍性变化与染色体组关系十分密切，二倍体和多倍体根据染色体组数确定。
自然界中几乎全部的动物和过半数高等植物都是二倍体。
他们的配子便可看作是单倍体，极核与卵细胞同是减数分裂的产物，也应是单倍体，而每个极核细胞含有两个极核，可看作是二倍体，那么受精极核以及由他发育而成的胚乳细胞便是三倍体。
多倍体是以染色体组为单位增加的变异类型，常见于植物，其相应部位染色体倍性都增加。
单倍体是以染色体组为单位减少的变异类型。
但其染色体组数随本物种体细胞染色体组数不同而不同，与其物种正常个体配子染色体组数相同。
在图像辨别染色体组数时看体细胞中相同形状、大小的染色体有几条，那么该生物体细胞中就含有几个染色体组。
例.将二倍体水稻的花粉传播到四倍体水稻的雌蕊柱头上，所得到的水稻、果实、胚、胚乳的染色体组依次是（D）
A.4N、2N、2N、4NB.4N、4N、3N、6NC.3N、3N、3N、4ND.4N、4N、3N、5N
四.生物的遗传、变异、进化相关计算
（一）、与遗传的物质基础相的计算：
1．有关碱基互补配对原则的应用：
（1）互补的碱基相等，即A＝T，G＝C。
（2）不互补的两种碱基之和与另两种碱基之和相等，且等于50%。
（3） 在双链DNA分子中的和之比：
●能够互补的两种碱基之和与另两种碱基之和的比同两条互补链中的该比值相等，即：
（A+T）/（G+C）=（A1+T1）/（G1+C1）=（A2+T2）/（G2+C2）；
●不互补的两种碱基之和与另两种碱基之和的比等于1，且在其两条互补链中该比值互为倒数，即：
（A+G）/（T+C）=1；（A1+G1）/（T1+C1）=（T2+C2）/（A2+G2）
（4）双链DNA分子中某种碱基的含量等于两条互补链中该碱基含量和的一半，即A＝（A1＋A2）/2（G、T、C同理）。
（5）核酸中A＝T，G＝C可作为判断双链DNA的依据。
而核酸中无T有U是作为RNA的依据。
（6）DNA分子一条链互补配对的两个碱基百分含量之和，等于另一条链互补配对的两个碱基百分含量之和，
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