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(共54张PPT)
第3章 第3节 DNA的复制
DNA结构对遗传的影响
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
一.对DNA复制的推测
5’
3’
5’
3’
3’
5’
5’
3’
双螺旋解开
氢键断裂
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
一.对DNA复制的推测
②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上；
3’
5’
5’
3’
模板
模板
子链
子链
一.对DNA复制的推测
③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。
3’
5’
5’
3’
模板
模板
子链
子链
原来的
原来的
新的
新的
一.对DNA复制的推测
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
半保留复制
+
应该是
全保留复制
一.对DNA复制的推测
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
半保留复制
+
5’
3’
5’
3’
全保留复制
5’
3’
5’
3’
+
5’
3’
5’
3’
都是新链
哪种假说正确？
一.对DNA复制的推测
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
分散复制
+
应该是
分散复制
补充：
二.DNA半保留复制的实验证据
思考：
1、我们这里用什么区分原来链和新链？
颜色
2、真实DNA有没有颜色？有没有其他方法把他们区分？
没有
放射性同位素标记法
3、放射性同位素有哪些记得吗？
放射性同位素： 14C 、32P 、3H 、35S
二.DNA半保留复制的实验证据
思考：
4、怎么标记上放射性呢？
比如我们可以把原链中的C标记上放射性，子链中没有
5、放射性同位素标记法能区分开吗？
不能，这种方法只能检查到整体有还是没有放射性，不能区分每一条链有无放射性
有放射性
有放射性
二.DNA半保留复制的实验证据
思考：
6、除了放射性外，原链和新链还有什么不同？
原链上的C都为14C,新链中的C都为12C，相对分子质量不同，一条重，一条轻。
7、既然我们不需要放射性，用哪种同位素更好？
稳定同位素
有放射性
有放射性
14C
12C
14C
12C
14C
14C
12C
12C
稳定同位素： 15N 、18O
二.DNA半保留复制的实验证据
思考：
8、这些DNA密度有什么区别？
9、有什么方法可以把他们区分开吗？
密度梯度离心
15N
14N
15N
14N
14N
14N
15N
15N
密度最大
密度居中
密度居中
密度最小
通过超离心机对某一介质（氯化铯等） 长时间加一个离心力，使其在离心管 内从液面到底部出现一定的密度梯度。
密度梯度离心：
二.DNA半保留复制的实验证据
二.DNA半保留复制的实验证据
密度梯度模拟实验
梅塞尔森
斯塔尔
二.DNA半保留复制的实验证据
1958年
大肠杆菌
同位素标记技术
二.DNA半保留复制的实验证据
15NH4Cl
14N/ 14N
-DNA
繁殖若干代
15N/ 15N
-DNA
目的？
得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记的
15N/ 15N
-DNA
二.DNA半保留复制的实验证据
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA
离心
提取DNA
离心
？
？
？
哪个位置
？
？
？
哪个位置
半保留复制
分裂一次
再分裂一次
15N/ 15N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N
14N
14N
+
+
全保留复制
分裂一次
再分裂一次
15N/ 15N
-DNA
15N/ 15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N / 14N
-DNA
15N/ 15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N
14N
14N
+
+
实验结果与半保留复制结果一致
DNA的复制是以半保留的方式进行的
DNA复制推测
DNA replication hypothesis
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上；
③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。
（教材P53P52）
DNA结构对遗传的影响
DNA复制推测
DNA replication hypothesis
DNA的半保留复制
半保留复制
全保留复制
弥散复制
+
+
+
DNA半保留复制的实验证据
Experimental Evidence for Semi-Retention Duplication of DNA
1.作出假设
半保留复制
全保留复制
弥散复制
2.演绎推理
DNA复制是一种半保留式的复制 。
每个子代DNA均由1条母链和1条子链组成。
问题1:如果DNA是半保留复制，复制后得到的 子一代DNA和子二代DNA的组成是怎样的 （请同学们绘图表示）
问题2:如果要在实验中直观地区别、“标识”母链或子链,可以采取什么办法
DNA半保留复制的实验证据
Experimental Evidence for Semi-Retention Duplication of DNA
2.演绎推理
亲代DNA分子
同位素示踪（教材P53）
问题3:如果用同位素(放射性)进行标记,用什么元素
可用C、H、O、N、P
问题4:如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？
DNA半保留复制的实验证据
Experimental Evidence for Semi-Retention Duplication of DNA
2.演绎推理
15N / 14N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 14N-DNA
15N / 14N-DNA
15N
14N
亲代 DNA
子一代DNA
子二代DNA
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
15N
DNA半保留复制的实验证据
Experimental Evidence for Semi-Retention Duplication of DNA
2.演绎推理
问题5: 要验证上述预测，就要分别观察亲代和子代的情况，但实验中，复制后的DNA分子混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？
密度梯度离心
DNA半保留复制的实验证据
Experimental Evidence for Semi-Retention Duplication of DNA
3.验证假设
第一代
第二代
第三代
DNA半保留复制的实验证据
Experimental Evidence for Semi-Retention Duplication of DNA
4.得出结论
15N/15N-DNA
重带
15N/14N-DNA
中带
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
轻带
中带
DNA的复制方式为半保留复制
(1)解旋：在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
(2)合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照
碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。
(3)子链延伸：随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。
(4)重新螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
由直接供能物质——ATP提供
作用是断开两条链之间的氢键
作用是连接单个的脱氧核苷酸，形成磷酸二酯键
注意：该过程中互补的碱基对间形成氢键，但不需酶的催化
三 DNA复制的过程
5
结果 ：复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中。
6
特点：边解旋边复制；半保留复制。　
7
精确复制的原因
7
(1)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
8
意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。　　
是复制得到的DNA分子的去向
是真核生物遗传物质基本的、唯一的结构
储存在DNA的碱基序列中
三 DNA复制的过程
随堂练习
In-class practice
方法便笺
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
复制
染色体数目不变
DNA数目加倍
复制产生的两个子代DNA分子位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
随堂练习
In-class practice
方法便笺
有一对染色体的细胞，DNA被15N标记，于14N的条件下分裂，问连续分裂两次，所得子细胞具有放射性的数量为________个
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
复制
染色体数目不变
DNA数目加倍
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
随堂练习
In-class practice
方法便笺
随堂练习
In-class practice
方法便笺
随堂练习
In-class practice
例2、用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是(　 　)
A.中期20和20、后期40和20
B.中期20和10、后期40和20
C.中期20和20、后期40和10
D.中期20和10、后期40和10
A
随堂练习
In-class practice
例3、假设果蝇的一个精原细胞中的一个DNA分子用15N进行标记，正常情况下该细胞分裂形成的精细胞中，含15N的精细胞所占的比例为多少？假设果蝇的一个体细胞中的一个DNA分子用15N进行标记，正常情况下该细胞进行两次有丝分裂形成的子细胞中，含15N的细胞所占的比例为(　 　)
A.50%、100%　 B.100%、100%
C.50%、50% D.100%、50%
C
随堂练习
In-class practice
亲代DNA分子
复制1次
复制2次
复制3次
无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有两条
【基础拓展】：DNA复制中的有关计算
随堂练习
In-class practice
【基础拓展】：DNA复制中的有关计算
亲代DNA复制n代后，DNA分子数为 ＿
亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为______
含亲代母链的DNA分子数为＿＿＿
完全含亲代母链的DNA分子数为___
不含亲代母链的DNA分子数为__________
2n
2个
2n－2
0
2n-1
一个有m个碱基对的DNA分子，其中含有腺嘌呤脱氧核苷酸a个。
求：1）复制n次，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸；
2）第n次复制，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸。
解：
1） A=T=a G=C=(2m-2a)/2=m-a
(2n-1)(m-a)
2）2n-1(m-a)
题
后
反
思
DNA分子复制的“一、二、三、四”
注：除细胞核外，线粒体、叶绿体和原核生物的拟核也是DNA复制的场所。
例析要点
用15N标记一个含有100个碱基对的DNA分子，其中有
胞嘧啶60个，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次 ，
则下列结果不可能是(　　)
DNA复制过程中相关物质的数量关系
要 点 三
【例3】
B
A．子代中含有15N的DNA分子占1/8
B．子代中含有14N的DNA分子占7/8　
C．复制后共有16个DNA分子
D．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
答案
解析
由于DNA的复制方式是半保留复制，经过4次复制形成的16个DNA分子中，有2个DNA分子的一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子的两条链全部只含14N。该DNA分子中含有胞嘧啶60个，则含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各40个，复制4次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40×(24－1)＝600(个)，A、C、D三项正确，B项错误。故选B。
【发散训练】见T5
4
3
可推知鸟嘌呤也为60个
其数量为新合成的DNA分子所需的总数量
始终只有2个
应为全部，共16个
相当于新合成了15个DNA分子
例析要点
题
后
反
思
解答与DNA复制相关的计算题时的3点提醒
1．注意碱基数量的单位是“对”还是“个”。
2．看清题目设问中是“DNA分子数”还是“脱氧核苷酸链数”，“含”还是“只含”等关键词，
以免掉进陷阱。
3．复制n代后，产生的子代DNA中，最初母链占所有DNA单链的比例为2/(2×2n)＝1/2n；新生子
链占所有DNA单链的比例为1－(1/2n)。
例析要点
A．本实验所用的技术包括同位素示
踪技术和密度梯度离心技术
B．大肠杆菌在15NH4Cl培养液中培养
多代后可能得到a管所示结果
C．c管的结果表明该管中大肠杆菌的
DNA有14N/15N及15N/15N两种类型
D．本实验结果可证明DNA分子的复制
方式为半保留复制
下列关于细胞核中DNA复制的叙述，错误的是 (　　)
巩固训练
基础过关
1
A．发生在细胞分裂前的间期
B．需要的原料是核糖核苷酸
C．解旋和复制是同时进行的
D．复制的方式为半保留复制
某研究小组进行“探究DNA复制方式”的实验，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述不正确的是 (　　)
2
1
B
2
C
【例1】
A．部分DNA分子含有放射性
B．全部DNA分子含有放射性
C．所有分子的一条链含有放射性
D．所有分子的两条链都没有放射性
下列关于图示DNA分子片段的说法，错误的是
(　　)
A．DNA分子的复制方式是半保留复制
B．该片段的基本组成单位是脱氧核苷酸
C．该DNA分子的特异性表现在(A＋C)/(G＋T)的值上
D．把此DNA分子放在含15N的培养液中复制两代，
子代DNA分子中都含15N
DNA是以半保留方式进行复制的，如果放射性完全标记的1个双链DNA分子在无放射性标记的培养液中复制两次，那么所产生的4个DNA分子的特点是 (　　)
3
C
4
A
3
4
【例2】
巩固训练
5
B
5
用15N标记了两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法中不正确的是(　　)
下列有关DNA分子的结构和复制的叙述，正确的是
(　　)
6
6
B
A．该DNA分子含有的氢键数目是260个
B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核
苷酸320个
C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链数
之比为1∶7
D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的
DNA分子数之比为1∶4
A．染色体上的DNA通过半保留复制使子代保留
了亲代一半的遗传信息
B．DNA分子复制完成后，母链和子链中(A＋T)
与(C＋G)的比值相等
C．在DNA双链完全解开后，DNA聚合酶才能与
DNA结合，催化DNA的复制
D．DNA双链被32P标记后，在31P环境中复制n次，
子代DNA中有32P标记的占1/ 2n
【例3】
巩固训练
7
ABC
7
(不定向选择)如图为真核细胞DNA复制过程。下列有关叙述正确的是(　　)
A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B．解旋酶能使DNA双链解旋，且需要消耗ATP
C．从图中可以看出合成两条子链的方向相反
D．DNA在复制过程中先完成解旋，再复制
巩固训练
假设DNA复制方式有三种：半保留复制、全保留复制和分散复制，复制过程如图所示。若将蚕豆根尖细胞放在含3H的脱氧核苷酸的培养基中培养，完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期。下列说法正确的是 (　　)
A．若复制方式是半保留复制，则第二次分裂前期，每条染色体上
有2条核苷酸链有放射性
B．若复制方式是分散复制，则完成两个细胞周期后，有两个细胞
有放射性标记
C．若复制方式是全保留复制，则第一次分裂结束后每个子代细胞
中有一半染色体带放射性
D．根据本实验的结果可判断出DNA复制的具体方式
8
能力提升
8
D
巩固训练
A．(a＋b)/2；(a＋3b)/4　　
B．a＋b；a＋3b
C．(a＋b)/2；(a＋b)/2
D．a＋b；(a＋b)/3
研究人员将含15N—DNA的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中，培养x分钟后提取子代大肠杆菌的DNA进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带分别对应坐标图中的两个峰。下列分析正确的是(　　)
A．热变性处理导致DNA分子中的磷
酸二酯键断裂
B．根据条带的位置和数目可以判断
DNA的复制方式
C．根据实验结果推测x分钟内大肠
杆菌细胞最多分裂一次
D．未经热变性处理的子代DNA进行密度梯度离心后也能出现
两个条带
9
假如某大肠杆菌的DNA分子用15N标记后其相对分子质量为a，用14N标记后其相对分子质量为b。现将用15N标记后的大肠杆菌，培养在含有14N的培养基中，则子一代、子二代的DNA分子平均相对分子质量分别为(　　)
10
9
C
10
A
巩固训练
11
如图甲是DNA分子局部组成示意图，图乙表示DNA分子复制的过程。请据图回答以下问题：
(1)图甲中有_____种碱基，有_____个游离的磷酸基团，同一条脱氧核苷酸链中的相邻碱基之间通过
____________________________相连。
(2)图乙过程进行的主要场所在真核细胞与原核细胞中分别是________和________。
(3)图乙的DNA分子复制过程中所需的原料是___________。该过程需要的催化剂是_____________________。
(4)若图乙所示DNA分子含有48502个碱基对，而子链延伸的速率为每分钟105个碱基对，则此DNA复制约需
要30s，而实际只需约16s，据图分析是因为______________________；由图可知延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是______________。
(5)已知某DNA分子共含1000个碱基对、2400个氢键，则该DNA分子中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸________个；若将其复制4次，共需腺嘌呤脱氧核苷酸________个。
答案
脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
4
2
细胞核
拟核
脱氧核苷酸
解旋酶和DNA聚合酶
DNA分子的复制是双向的
边解旋边复制
400
9000
巩固训练
同位素标记技术和离心技术
对DNA复制的推测
DNA三种复制方式的早期推测图解
(1)全保留复制完成后，亲代DNA双链全
保留，子代DNA的双链都是新合成的。
(2)分散复制完成后，亲代DNA双链被切
割成小片段分散在新合成的DNA双链中。
1
拓展延伸
2
原理解密
(1)同位素标记(示踪)技术：利用与生物体内的元素或
物质完全共同运行的示踪物(示踪物是指可利用元素
的同位素本身或用同位素置换该物质中的某种元素
的标记化合物)，追踪生物体内某元素或某物质的运
行或变化的一种方法。
(2)(密度梯度)离心技术：用一定的惰性介质在离心管
内形成一系列连续或不连续的密度梯度，将需要分
离的物质置于离心管介质中，通过离心力的作用使
物质分离、分层。密度大的物质位于离心管的下部，
密度小的物质位于离心管上部。
DNA复制
试管中DNA的位置
原核生物每个DNA分子只有一个复制起始点，而真核生物每个DNA分子有多个复制起始点。复制时，双链DNA由起始点处打开，沿两条张开的单链模板合成DNA新链。如图所示：
半保留复制时，试管中不同类型DNA条带位置的分析
3
拓展延伸
重带：两条链均只含15N，即此DNA中两条链均为亲代链。
中带：一条链只含14N，另一条链只含15N，即此子代DNA中只含有一条初始亲代链。
轻带：两条链均只含14N，即此子代DNA中不含亲代链。
注：因具体实验过程的不同，实验结果中条带的宽度分别对应相应类型DNA含量的多少。
DNA复制的起点和方向
(1)单起点双向复制
(2)多起点不同时双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA最右边的起点最先开始复制。
5
拓展延伸
实验预期
4
发散思维
3种复制方式的预期分析
(1)DNA全保留复制
复制后，亲代DNA的两条链保持不变，子代DNA的两条链均为新合成链。
(2)分散复制
亲代DNA的碎片随机分布于子代DNA的两条链中。
(3)DNA半保留复制
复制后新形成的子代DNA中，总有一条链来自亲代DNA。
结果
酶
(1)一个DNA无论复制几次，含
亲代DNA脱氧核苷酸链的子
代DNA分子都只有两个，亲
代脱氧核苷酸链也只有两条。
(2)在真核生物细胞中，复制后
形成的两个DNA分子总是最
先位于一条染色体的两条姐
妹染色单体上。
“酶”有话说
在DNA复制过程中，有一套酶系统的参与，解旋酶和DNA聚合酶只是其中主要的两类酶。
(1)解旋酶：是一类断开氢键的酶，可以和单链DNA以及ATP结合，利
用ATP水解生成ADP时产生的能量帮助DNA链向前运动，同时促使
DNA双链间更多的氢键断裂，从而打开双链。
(2)DNA聚合酶：作用是以亲代DNA为模板，催化游离的脱氧核苷酸间
通过脱水缩合形成子代DNA。其实质是催化形成3′，5′ 磷酸二酯键
的一类酶，具有5′→3′聚合酶的活性，能催化底物加到延伸中的DNA
链的3′ OH端，即催化DNA合成的方向是5′→3′。
6
知识链接
7
名师点睛
1
规律方法
具有标记同位素的核DNA所占比例的问题分析：
(1)一个细胞中的所有染色体(假定染色体数目为m)上的DNA被标记后，经过n次细胞分裂，产生的子细胞
数目为2n，带有标记的染色体总数为2m，子细胞中带有标记的比例情况如下。
①若2n≤2m，则带有标记的子细胞所占比例最大为1(每个子细胞中至少有1条带有标记的染色体)，所占
比例最小为1/2n－1(带有标记的染色体集中分布在2个子细胞中)。
②若2n>2m，则带有标记的子细胞所占比例最大为m/2n－1(每个子细胞中最多有1条带有标记的染色体)，
所占比例最小为1/2n－1(带有标记的染色体集中分布在2个子细胞中)。
(2)除N元素外，P元素也可以作为标记元素，若已知1个被32P标记的DNA分子被转移到31P的培养基中复制
n代，则：
①被标记的DNA分子(含32P)占全部DNA分子的比例为1/2n－1。
②被标记的DNA单链(含32P)占全部DNA单链的比例为1/2n。
同位素示踪
与DNA分子有关的酶
2
归纳总结
注意“复制n次”与“第n次复制”的不同：
复制n次是从第1次到第n次复制的总和，而第n次复制只指“第n次”这一次复制。两者表达的意思完全不同，得到的结果也相差悬殊，所以解题时一定要看清是“复制n次”还是“第n次复制”这一关键词。
连续复制4次
名称 作用底物 作用
解旋酶 DNA分子 断裂氢键
DNA聚合酶 单个脱氧核苷酸 形成3′，5′ 磷酸二酯键
DNA连接酶 DNA分子片段 形成3′，5′ 磷酸二酯键
DNA水解酶 DNA分子 断裂3′，5′ 磷酸二酯键
限制性核酸内切酶 DNA分子 断裂3′，5′ 磷酸二酯键
酶
4
易错提醒
3
规律方法
DNA的复制方式为半保留复制。若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养液中培养(复制)n代，其结果分析如图所示：
DNA复制过程中相关物质的数量关系
从图中可以得到如下规律：
(1)DNA分子数
①复制n代DNA分子总数为2n个。②含15N的DNA分子数为2个。
③含14N的DNA分子数为2n个。④只含15N的DNA分子数为0个。
⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①复制n代DNA中脱氧核苷酸链总数为2n＋1条。
②亲代脱氧核苷酸链数为2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数为(2n＋1－2)条。

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