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　　　　　　　与蛋白质的合成和水解过程相关的计算
一、蛋白质的相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系
1．肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数(对于环肽来说，肽键数＝氨基酸数＝失去水分子数)。
2．蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－脱去水分子数×18(若有p个二硫键生成，则还应减去2p)。
肽链 数目 氨基酸数 肽键数目 脱去水分子数 氨基数目 羧基数目 多肽(蛋白质)的相对分子质量
1条 n n－1 n－1 至少1个 至少1个 an－18×(n－1)
m条 n n－m n－m 至少m个 至少m个 an－18×(n－m)
注：设氨基酸的平均相对分子质量为a。
例1　如图为某蛋白质的结构示意图，由两条直链肽和一条环肽构成。其中“—S—S—”表示连接两条相邻肽链的二硫键。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为(　　)
A．m个，18m
B．(m－4)个，18(m－4)
C．(m－3)个，18(m－3)＋4
D．(m－2)个，18(m－2)＋4
例2　2条肽链分别由360个氨基酸和380个氨基酸组成，若氨基酸的平均相对分子质量为a，则2条肽链之间相差的肽键数和相差的相对分子质量分别是(　　)
A．19和19a B．19和19a－19×18
C．20和20a D．20和20a－20×18
二、蛋白质中游离氨基或羧基的计算
可将肽链看作“C”与“—CO—NH—”交替连接构成的基本骨架，在“C”上连接着—R和—H，在肽链的两端分别是游离的“—NH2”和“—COOH”，如图所示：
1．至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。
2．肽链中游离氨基数或羧基数＝肽链数＋R基团中含有的氨基数或羧基数。
3．环状肽中游离氨基数或羧基数取决于构成环状肽的氨基酸R基团中的氨基数或羧基数。
例3　(2024·浙江余姚中学高一期中)现有氨基酸500个，其中氨基总数为520个，羧基总数为512个，则由这些氨基酸合成的含有3条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次为(　　)
A．497、23、15 B．496、23、15
C．497、22、14 D．496、22、14
例4　如图表示一个由200个氨基酸构成的蛋白质分子。下列叙述正确的是(　　)
A．该分子中含有198个肽键
B．这200个氨基酸中至少有200个氨基
C．合成该蛋白质时相对分子质量减少了3 600
D．该蛋白质中至少含有4个游离的羧基
三、利用原子守恒定律计算蛋白质中各元素的原子数
1．N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基团上的N原子数＝各氨基酸中N原子的总数。
2．O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基团上的O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱去的水分子数。
3．H原子数＝各氨基酸中H原子的总数－2×脱去的水分子数。
特别提醒　由于R基团上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。
例5　某三十九肽中共有甘氨酸(甘氨酸结构式如图1)4个，现用某种水解酶去除其中的甘氨酸，得到4条长短不等的多肽(如图2)。如将原来多肽与4条多肽总的原子数或结构数进行比较时，会出现下列4种情况中的(　　)
①肽键数目减少7个　②C原子数目减少8个
③氨基和羧基分别增加3个　④O原子数目减少1个
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
例6　由m个氨基酸组成的某蛋白质分子中有4条肽链，则此蛋白质分子中含有的氧原子与氮原子数至少共有(　　)
A．(m＋4)个 B．(2m＋4)个
C．(2m＋8)个 D．(m＋8)个
1．(2024·金华高一检测)丙氨酸的分子式为C3H7NO2，现用酶解法去除某二十肽羧基端的一个丙氨酸，得到十九肽。下列有关该十九肽与二十肽的比较，错误的是(　　)
A．氢原子减少6个
B．碳原子减少3个
C．氨基和羧基数目不变
D．氧原子减少1个
2．经分析某条多肽链中有O原子p个，N原子q个，它彻底水解后，只得到下列4种氨基酸。分析推算可知，1分子该多肽水解得到的赖氨酸个数为(　　)
A．p－q B．q－p
C．p－q＋1 D．q－p＋1
3．某十九肽中，含4个天门冬氨酸(化学式是C4H7O4N)，分别位于肽键的第7、8、14、19位(如图)。肽酶E1专门作用于天门冬氨酸羧基端的肽键，肽酶E2专门作用于天门冬氨酸氨基端的肽键。下列相关叙述正确的是(　　)
A．该十九肽含有1个氨基和1个羧基
B．该十九肽至少含有6个游离的羧基
C．肽酶E1完全作用后产生的多肽有七肽、六肽、四肽和1个天门冬氨酸
D．肽酶E2完全作用后产生的多肽中氧原子数目比十九肽少了4个
4．(2024·杭州高一期中)绿色荧光蛋白简称GFP，最初是从维多利亚多管发光水母中分离出来的结构蛋白。其相关数据如图所示，下列有关叙述错误的是(　　)
A．该蛋白质含有2条肽链
B．该荧光蛋白含有的氮原子数是126个
C．该蛋白质共有肽键124个
D．合成该蛋白质时，相对分子质量减少了2 232
5．(2024·杭州西湖高级中学高一月考)有一种环状五肽的蛋白质，下列叙述正确的是(　　)
A．该蛋白质可被细胞直接吸收
B．其中的氮元素主要存在于氨基中
C．用酒精处理有利于保存该蛋白质
D．彻底水解该蛋白质时需要5个水分子参与
6．(2024·温州高一期中)如图是人体某信息分子的结构简式，其中三字母为氨基酸的缩写，“―S―S―”为二硫键，由两个―SH(巯基)脱氢连接而成。据图回答下列问题：
(1)此化合物由________个氨基酸通过脱水缩合形成，氨基酸的结构通式表示为________________________________________________________________________。
(2)此化合物由________种氨基酸组成，不同氨基酸的________不同，据图可以推测氨基酸________(填缩写)上肯定携带两个氨基或羧基。
(3)若图中氨基酸的平均相对分子质量为128，则该分子的相对分子质量可能是________。
答案精析
例1　D　[假设环状肽链中氨基酸的个数是X个，则两条链状肽链的氨基酸个数是(m－X)个，因此氨基酸经过脱水缩合反应生成的水分子数是[ (m－X)－2]＋X＝m－2；由题意可知，1个二硫键形成时脱去了2个H，该蛋白质中含有2个二硫键，共脱去了4个H，因此氨基酸经过脱水缩合反应产生的蛋白质的相对分子质量减少18 (m－2)＋4。]
例2　D　[360个氨基酸脱水缩合形成1条肽链时，形成的肽键数是360－1＝359(个)，380个氨基酸脱水缩合形成1条肽链时，形成的肽键数是380－1＝379(个)，二者肽键数相差379－359＝20(个)；两条肽链相对分子质量相差(380a－379×18)－(360a－359×18)＝20a－20×18。]
例3　A　[氨基酸有500个，其中氨基总数为520个，羧基总数为512个，说明R基团中有20个氨基和12个羧基；这些氨基酸合成3条肽链，故肽键数＝500－3＝497(个)，游离的氨基＝3＋20＝23(个)，游离的羧基＝3＋12＝15(个)。]
例4　C　[由题图可知，该蛋白质有两条肽链并且两条肽链由两个肽键连接，链内肽键有198个，链间肽键有2个，共200个肽键，A错误；因为链间的肽键是R基团上的氨基和羧基形成的，所以这200个氨基酸中至少有202个氨基，B错误；脱水缩合成该蛋白质时脱去了200个水分子，相对分子质量减少了200×18＝3 600，C正确；该蛋白质有两条肽链，至少含有2个游离的羧基，D错误。]
例5　D　[该三十九肽中含有肽键数目为38个，去掉甘氨酸后的肽键数目为6＋8＋7＋10＝31(个)，①正确；C原子减少数目为甘氨酸数×2＝4×2＝8(个)，②正确；该三十九肽中原来含有的氨基和羧基数目各至少为1个，用水解酶去掉甘氨酸后有4条多肽链，氨基和羧基至少各有4个，③正确；根据甘氨酸的位置可知，除去4个甘氨酸后将导致7个肽键断裂，故水解需要7个水分子，同时脱去4个甘氨酸，所以O原子数目减少1个，④正确。]
例6　B　[—CO—NH—中的氧原子数为(m－4)个，4条肽链至少含有4个羧基，其氧原子数为2×4＝8(个)，故氧原子数至少有(m＋4)个；氮原子数至少为m个，故氧原子和氮原子之和至少有(2m＋4)个。]
跟踪训练
1．A　[根据丙氨酸的分子式可知，用酶解法去除某二十肽羧基端的一个丙氨酸，得到十九肽，需要加入1个水分子(含2个氢，1个氧)，生成1个丙氨酸(含7个氢，2个氧)，故氢原子减少7－2＝5(个)，氧原子减少2－1＝1(个)，A错误，D正确；碳原子减少的数目就是一个丙氨酸含的碳原子数即3个，B正确；因为丙氨酸R基团上没有氨基和羧基，所以十九肽与二十肽都是至少有1个氨基和1个羧基，C正确。 ]
2．D　[分析4种氨基酸的特点可知，4种氨基酸的R基团上均无氧原子，该多肽所含氨基酸数为(p－1)个，氮原子数＝氨基酸数＋R基团上的氮原子数，4种氨基酸中只有赖氨酸的R基团上有1个氮原子，因此该多肽含有的赖氨酸数＝q－(p－1)＝q－p＋1，D正确。]
3．D　[根据天门冬氨酸的化学式可知，分子中含有1个氨基和2个羧基，所以该十九肽中至少含有1个氨基，5个羧基，A、B错误；用肽酶E1处理，可得到1→7、8、9→14、15→19，三条短肽和8号游离的天门冬氨酸，三条短肽分别是七肽、六肽、五肽，C错误；用肽酶E2处理，肽酶E2专门作用于天门冬氨酸氨基端的肽键，肽酶E2完全作用后产生的多肽中需要4个H2O，脱掉2个天门冬氨酸，因此多肽中氧原子数目比十九肽少了4个，D正确。]
4．B　[游离的羧基总数＝肽链数＋R基团上的羧基数，即17＝肽链数＋15，即肽链数是2，故该蛋白质含有2条肽链，A正确；氮原子数＝氨基酸数目＋游离的氨基总数－肽链数，氮原子数＝126＋17－2＝141(个)，B错误；肽键数＝氨基酸数目－肽链数＝126－2＝124(个)，C正确；合成该蛋白质时，脱水数＝肽键数＝124，相对分子质量减少18×124＝2 232，D正确。]
5．D　[该蛋白质被水解成氨基酸才能被细胞吸收，A错误；构成蛋白质肽链的氨基酸之间是通过肽键连接的，结构“－CO－NH－”是蛋白质中氮元素的主要存在方式，B错误；用酒精处理蛋白质会破坏蛋白质的空间结构，不利于保存该蛋白质，C错误；环状五肽有5个肽键，故彻底水解该蛋白质时需要5个水分子参与，D正确。]
6．(1)9　　(2)8　R基团　Asn
(3)1 006
解析　(1)据题图可知，该化合物由9个氨基酸通过脱水缩合形成。(2)此化合物由Cys、Tyr、Phe、Gln、Asn、Pro、Arg、Gly 8种氨基酸组成，不同氨基酸的R基团不同，由题图可知，Asn连接了三个氨基酸，故可推测Asn上肯定携带两个氨基或羧基。(3)若图中氨基酸的平均相对分子质量为128，则该分子的相对分子质量可能是128×9－18×8－2＝1 006。(共31张PPT)
微专题一
与蛋白质的合成和水解过程相关的计算
第一章 细胞的分子组成
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一、蛋白质的相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系
1.肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数(对于环肽来说，肽键数＝氨基酸数＝失去水分子数)。
2.蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－脱去水分子数×18(若有p个二硫键生成，则还应减去2p)。
肽链 数目 氨基 酸数 肽键 数目 脱去水 分子数 氨基 数目 羧基 数目 多肽(蛋白质)的相对分子质量
1条 n n－1 n－1 至少1个 至少1个 an－18×(n－1)
m条 n n－m n－m 至少m个 至少m个 an－18×(n－m)
注：设氨基酸的平均相对分子质量为a。
例1　如图为某蛋白质的结构示意图，由两条直链肽和一条环肽构成。其中“—S—S—”表示连接两条相邻肽链的二硫键。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为
A.m个，18m
B.(m－4)个，18(m－4)
C.(m－3)个，18(m－3)＋4
D.(m－2)个，18(m－2)＋4
√
假设环状肽链中氨基酸的个数是X个，则两条链状肽链的氨基酸个数是(m－X)个，因此氨基酸经过脱水缩合反应生成的水分子数是[ (m－X)－2]＋X＝m－2；由题意可知，1个二硫键形成时脱去了2个H，该蛋白质中含有2个二硫键，共脱去了4个H，因此氨基酸经过脱水缩合反应产生的蛋白质的相对分子质量减少18 (m－2)＋4。
360个氨基酸脱水缩合形成1条肽链时，形成的肽键数是360－1＝359(个)，380个氨基酸脱水缩合形成1条肽链时，形成的肽键数是380－1＝379(个)，二者肽键数相差379－359＝20(个)；两条肽链相对分子质量相差(380a－379×18)－(360a－359×18)＝20a－20×18。
例2　2条肽链分别由360个氨基酸和380个氨基酸组成，若氨基酸的平均相对分子质量为a，则2条肽链之间相差的肽键数和相差的相对分子质量分别是
A.19和19a B.19和19a－19×18
C.20和20a D.20和20a－20×18
√
二、蛋白质中游离氨基或羧基的计算
可将肽链看作“C”与“—CO—NH—”交替连接构成的基本骨架，在“C”上连接着—R和—H，在肽链的两端分别是游离的“—NH2”和“—COOH”，如图所示：
1.至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。
2.肽链中游离氨基数或羧基数＝肽链数＋R基团中含有的氨基数或羧基数。
3.环状肽中游离氨基数或羧基数取决于构成环状肽的氨基酸R基团中的氨基数或羧基数。
例3　(2024·浙江余姚中学高一期中)现有氨基酸500个，其中氨基总数为520个，羧基总数为512个，则由这些氨基酸合成的含有3条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次为
A.497、23、15 B.496、23、15
C.497、22、14 D.496、22、14
√
氨基酸有500个，其中氨基总数为520个，羧基总数为512个，说明R基团中有20个氨基和12个羧基；这些氨基酸合成3条肽链，故肽键数＝500－3＝497(个)，游离的氨基＝3＋20＝23(个)，游离的羧基＝3＋12＝15(个)。
例4　如图表示一个由200个氨基酸构成的蛋白质分子。下列叙述正确的是
A.该分子中含有198个肽键
B.这200个氨基酸中至少有200个氨基
C.合成该蛋白质时相对分子质量减少了3 600
D.该蛋白质中至少含有4个游离的羧基
√
由题图可知，该蛋白质有两条肽链并且两条肽链
由两个肽键连接，链内肽键有198个，链间肽键有
2个，共200个肽键，A错误；
因为链间的肽键是R基团上的氨基和羧基形成的，
所以这200个氨基酸中至少有202个氨基，B错误；
脱水缩合成该蛋白质时脱去了200个水分子，相对分子质量减少了200×18＝3 600，C正确；
该蛋白质有两条肽链，至少含有2个游离的羧基，D错误。
三、利用原子守恒定律计算蛋白质中各元素的原子数
1.N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基团上的N原子数＝各氨基酸中N原子的总数。
2.O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基团上的O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱去的水分子数。
3.H原子数＝各氨基酸中H原子的总数－2×脱去的水分子数。
特别提醒
由于R基团上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。
例5　某三十九肽中共有甘氨酸(甘氨酸结构式如图1)4个，现用某种水解酶去除其中的甘氨酸，得到4条长短不等的多肽(如图2)。如将原来多肽与4条多肽总的原子数或结构数进行比较时，会出现下列4种情况中的
①肽键数目减少7个　
②C原子数目减少8个
③氨基和羧基分别增加3个　
④O原子数目减少1个
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
√
该三十九肽中含有肽键
数目为38个，去掉甘氨
酸后的肽键数目为6＋8
＋7＋10＝31(个)，①正确；
C原子减少数目为甘氨酸数×2＝4×2＝8(个)，②正确；
该三十九肽中原来含有的氨基和羧基数目各至少为1个，用水解酶去掉甘氨酸后有4条多肽链，氨基和羧基至少各有4个，③正确；
根据甘氨酸的位置可知，除去4个甘氨酸后将导致7个肽键断裂，故水解需要7个水分子，同时脱去4个甘氨酸，所以O原子数目减少1个，④正确。
例6　由m个氨基酸组成的某蛋白质分子中有4条肽链，则此蛋白质分子中含有的氧原子与氮原子数至少共有
A.(m＋4)个 B.(2m＋4)个
C.(2m＋8)个 D.(m＋8)个
√
—CO—NH—中的氧原子数为(m－4)个，4条肽链至少含有4个羧基，其氧原子数为2×4＝8(个)，故氧原子数至少有(m＋4)个；氮原子数至少为m个，故氧原子和氮原子之和至少有(2m＋4)个。
1.(2024·金华高一检测)丙氨酸的分子式为C3H7NO2，现用酶解法去除某二十肽羧基端的一个丙氨酸，得到十九肽。下列有关该十九肽与二十肽的比较，错误的是
A.氢原子减少6个 B.碳原子减少3个
C.氨基和羧基数目不变 D.氧原子减少1个
√
1
2
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4
5
6
1
2
3
4
5
6
根据丙氨酸的分子式可知，用酶解法去除某二十肽羧基端的一个丙氨酸，得到十九肽，需要加入1个水分子(含2个氢，1个氧)，生成1个丙氨酸(含7个氢，2个氧)，故氢原子减少7－2＝5(个)，氧原子减少2－1＝1(个)，A错误，D正确；
碳原子减少的数目就是一个丙氨酸含的碳原子数即3个，B正确；
因为丙氨酸R基团上没有氨基和羧基，所以十九肽与二十肽都是至少有1个氨基和1个羧基，C正确。
1
2
3
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5
6
2.经分析某条多肽链中有O原子p个，N原子q个，它彻底水解后，只得到下列4种氨基酸。分析推算可知，
1分子该多肽水解得到的赖氨酸
个数为
A.p－q B.q－p
C.p－q＋1 D.q－p＋1
√
1
2
3
4
5
6
分析4种氨基酸的特点可知，4种氨基酸的R基团上均无氧原子，该多肽所含氨基酸数为(p－1)个，氮原子数＝氨基酸数＋R基团上的氮原子
数，4种氨基酸中只有赖氨酸的R基团上有1个氮原子，因此该多肽含有的赖氨酸数＝q－(p－1)＝q－p＋1，D正确。
1
2
3
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3.某十九肽中，含4个天门冬氨酸(化学式是C4H7O4N)，分别位于肽键的第7、8、14、19位(如图)。肽酶E1专门作用于天门冬氨酸羧基端的肽键，肽酶E2专门作用于天门冬氨酸氨基端的肽键。下列相关叙述正确的是
A.该十九肽含有1个氨基和1个羧基
B.该十九肽至少含有6个游离的羧基
C.肽酶E1完全作用后产生的多肽有七肽、六肽、四肽和1个天门冬氨酸
D.肽酶E2完全作用后产生的多肽中氧原子数目比十九肽少了4个
√
1
2
3
4
5
6
根据天门冬氨酸的化学式可知，
分子中含有1个氨基和2个羧基，
所以该十九肽中至少含有1个氨基，5个羧基，A、B错误；
用肽酶E1处理，可得到1→7、8、9→14、15→19，三条短肽和8号游离的天门冬氨酸，三条短肽分别是七肽、六肽、五肽，C错误；
用肽酶E2处理，肽酶E2专门作用于天门冬氨酸氨基端的肽键，肽酶E2完全作用后产生的多肽中需要4个H2O，脱掉2个天门冬氨酸，因此多肽中氧原子数目比十九肽少了4个，D正确。
1
2
3
4
5
6
4.(2024·杭州高一期中)绿色荧光蛋白简称GFP，最初是从维多利亚多管发光水母中分离出来的结构蛋白。其相关数据如图所示，下列有关叙述错误的是
A.该蛋白质含有2条肽链
B.该荧光蛋白含有的氮原子数
是126个
C.该蛋白质共有肽键124个
D.合成该蛋白质时，相对分子质量减少了2 232
√
1
2
3
4
5
6
游离的羧基总数＝肽链数＋R
基团上的羧基数，即17＝肽链
数＋15，即肽链数是2，故该
蛋白质含有2条肽链，A正确；
氮原子数＝氨基酸数目＋游离的氨基总数－肽链数，氮原子数＝126＋17－2＝141(个)，B错误；
1
2
3
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5
6
肽键数＝氨基酸数目－肽链数＝126－2＝124(个)，C正确；
合成该蛋白质时，脱水数＝肽键数＝124，相对分子质量减少18×124＝2 232，D正确。
1
2
3
4
5
6
5.(2024·杭州西湖高级中学高一月考)有一种环状五肽的蛋白质，下列叙述正确的是
A.该蛋白质可被细胞直接吸收
B.其中的氮元素主要存在于氨基中
C.用酒精处理有利于保存该蛋白质
D.彻底水解该蛋白质时需要5个水分子参与
√
1
2
3
4
5
6
该蛋白质被水解成氨基酸才能被细胞吸收，A错误；
构成蛋白质肽链的氨基酸之间是通过肽键连接的，结构“—CO—NH—”是蛋白质中氮元素的主要存在方式，B错误；
用酒精处理蛋白质会破坏蛋白质的空间结构，不利于保存该蛋白质，C错误；
环状五肽有5个肽键，故彻底水解该蛋白质时需要5个水分子参与，D
正确。
1
2
3
4
5
6
6.(2024·温州高一期中)如图是人体某信息分子的结构简式，其中三字母为氨基酸的缩写，“—S—S—”为二硫键，由两个—SH(巯基)脱氢连接而成。据图回答下列问题：
1
2
3
4
5
6
(1)此化合物由_____个氨基酸通过
脱水缩合形成，氨基酸的结构通式
表示为_________________。
9
据题图可知，该化合物由9个氨基酸通过脱水缩合形成。
1
2
3
4
5
6
(2)此化合物由_____种氨基酸组成，不同氨基酸的________不同，据图可以推测氨基酸______(填缩写)上肯定携带两个氨基或羧基。
8
此化合物由Cys、Tyr、Phe、Gln、Asn、Pro、Arg、Gly 8种氨基酸组成，不同氨基酸的R基团不同，由题图可知，Asn连接了三个氨基酸，故可推测Asn上肯定携带两个氨基或羧基。
R基团
Asn
1
2
3
4
5
6
(3)若图中氨基酸的平均相对分子质量为128，则该分子的相对分子质量可能是______。
若图中氨基酸的平均相对分子质量为128，则该分子的相对分子质量可能是128×9－18×8－2＝1 006。
1 006

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