内容正文:
细胞中的“明星物质”——蛋白质是生命活动的主要承担者
【应用场景】高中一年级生物学·人教版必修1《分子与细胞》第2章第4节《蛋白质是生命活动的主要承担者》课后作业;适用地区:湖北省黄冈市及同用卷地区,2026—2027学年高一年级上学期使用。一、作品基础信息
项目
填写内容
作品名称
细胞中的“明星物质”——蛋白质是生命活动的主要承担者
学段学科 高中生物学
高中 生物学
适用年级
高一年级
教材版本
人教版
对应内容
必修1《分子与细胞》第2章第4节《蛋白质是生命活动的主要承担者》
作业类型
课后作业
完成时长
总时长45分钟(基础层约15分钟+提高层约18分钟+拓展层约12分钟)
设计者
黄校芬(黄梅县实验高级中学)
2、 设计背景与意图
1.课标与教材分析
● 课标要求:对应《普通高中生物学课程标准(2019年版2022年修订)》内容要求1.1.5“阐明组成生物体的蛋白质通常由21种氨基酸组成,它的功能取决于氨基酸的种类,数目,排列顺序及多肽链盘曲折叠的方式不同导致其形成不同的空间结构,细胞的功能主要由蛋白质完成”。本作业重点发展“生命观念(结构与功能相适应观)”与“科学思维”,兼顾“科学探究”“社会责任”学科素养。
● 教材地位:本节是第2章“组成细胞的分子”的核心与落脚点,上承“细胞中的元素和化合物”“细胞中的无机物、糖类和脂质”,下启“核酸”与第3章“细胞的基本结构”。蛋白质是细胞中含量最多的有机化合物、生命活动的主要承担者,“结构决定功能”的思想贯穿整个高中生物学。
● 教学重难点:重点——氨基酸的结构通式、脱水缩合与肽键、蛋白质结构多样性的原因及蛋白质的功能;难点——脱水缩合相关计算、蛋白质“结构多样性—功能多样性”相适应的理解、蛋白质“变性”与“水解”的区分。
2.学情分析
维度
具体描述
已有基础
初中已了解食物中的蛋白质、酶与抗体等;本章前几节已学习元素与化合物、无机物、糖类和脂质,具备“有机物—大分子—单体”的初步认知;数学上具备简单的乘除与方程运算能力。
现有困惑
①氨基酸结构通式中“一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上”易漏记条件;②脱水缩合计算(肽键数、游离基团数、相对分子质量)抽象、易错;③把“变性”与“水解”混为一谈;④难以将“结构多样性”与“功能多样性”建立逻辑联系。
差异分析
约1/3学生可独立完成计算与推理,可承担拓展层挑战性任务;约1/2学生需在基础层、提高层提供脚手架(如给出公式提示);少数学生对抽象计算存在困难,基础层采用“识记—辨误”低门槛设问,保证全员参与、分层达标。
3.设计意图
本作业以“结构决定功能”为主线,采用“基础夯基—综合应用—迁移创新”三层进阶结构:基础层立足概念辨析与实验操作,落实必备知识;提高层以胰岛素、血红蛋白、“豆浆”、鱼面等真实(含湖北本土)情境,训练脱水缩合计算与“结构—功能”推理;拓展层设置开放写作与探究批判性任务,指向科学思维与社会责任的进阶。全卷约45分钟,原创题、探究题、开放题、跨学科题、新情境题均按要求标注,力求减量提质,可直接用于日常教学。
三、作业目标
目标维度
编号
具体目标
对应核心素养
评价证据
知识理解
A
①说出氨基酸的结构通式与结构特点,辨别组成蛋白质的氨基酸;②说明脱水缩合、肽键、二肽、多肽等概念;③指出蛋白质的主要功能。
生命观念
正确率、概念复述
能力运用
B
运用脱水缩合规律计算肽键数、游离氨基/羧基数与相对分子质量;规范描述蛋白质的检测与变性应用。
科学思维·科学探究
计算过程、实验操作表述
思维发展
C
基于真实情境比较、归纳蛋白质结构多样性与功能相适应的关系,评价“吃什么补什么”等说法,设计简单探究方案。
科学思维·科学探究
论证思路、方案设计
情感态度价值观
D
认同蛋白质在生命活动中的作用,关注健康膳食、生物制造等社会议题,形成结构与功能相适应的观念与健康意识。
社会责任
科普短文、反思表达
四、作业内容与目标对应表
题号
题型
题目概要
对应目标
设计意图
参考答案要点
1
选择
氨基酸结构通式辨析
A
夯实氨基酸结构
见解析
2
选择
脱水缩合与肽键概念辨析
A
辨清二肽与肽键
见解析
3
选择
蛋白质功能的识别
A
建立功能观
见解析
4
选择
双缩脲试剂检测蛋白质的操作
B
落实鉴定实验
见解析
5
选择
蛋白质的结构与变性
B、C
突破概念难点
见解析
6
简答
蛋白质的结构与功能
C
结构与功能相适应
见解析
7
新情境·简答
“鱼面”中的蛋白质变性与水解
B、C
联系本土生活
见解析
8
新情境·简答
“螃蟹”的蛋白质的分析考察,设计实验题
C、D
跨学科·社会责任
见解析
9
开放·跨学科
蛋白质的拓展创新与生产实践的联系
C、D
批判性思维与健康
见解析
10
探究·批判
“胶原蛋白”与生活的应用考察
C
科学探究与批判性思维
见解析
五、作业内容
(一)基础层·夯基提能(必做,约15分钟)
1. 下列关于氨基酸和蛋白质的叙述,正确的是( )
A.每种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基
B.组成蛋白质的氨基酸之间的区别在于R基不同
C.氨基酸的氨基和羧基都连接在同一个碳原子上
D.组成人体蛋白质的氨基酸都必须从食物中获取
2.下列物质中,属于构成蛋白质的氨基酸的是哪一个( )
3.下列叙述与蛋白质功能有关的一组是( )
①胰岛素调节血糖浓度 ②注射疫苗使人体产生免疫力
③人不吃蔬菜易患坏血症 ④食物在小肠内彻底消化
⑤老年人的骨质疏松症 ⑥红细胞运输氧气和二氧化碳
⑦生命活动的主要能源物质
A.①②④⑥ B.③④⑤⑦
C.③⑤⑦ D.②⑤⑦
4.蛋白质分子中存在肽键、氢键、二硫键等化学键。下列相关叙述错误的是( )
A.肽链的盘曲、折叠往往与氨基酸分子间的氢键有关
B.许多蛋白质分子可通过二硫键将不同肽链结合在一起
C.蛋白质分子的肽键数与其彻底水解消耗的水分子数相等
D.变性蛋白质的肽键和空间结构都发生了不可逆的改变
5.球状蛋白分子的氨基酸侧链极性基团(具有亲水性)分布在分子的外侧,而非极性基团(具有疏水性)分布在内侧。加热会使蛋白质变性,从而出现生物活性丧失及一系列理化性质的变化。下列叙述正确的是( )
A.球状蛋白的亲水性与其空间结构无关
B.蛋白质变性后氨基酸序列会发生改变
C.变性后的球状蛋白的亲水性可能改变
D.加热变性后的蛋白质遇双缩脲试剂不会出现紫色
(二)提高层·综合应用(必做,约20分钟)
6.图1表示细胞内某些有机物的元素组成和功能关系;图2为某蛋白质的肽链结构示意图(其中数字为氨基酸序号),图3为部分肽链放大示意图,请据图回答下列问题:
(1)图1中,b为________, 结构通式为________ ; 丙1和丙2结构不同的原因可能有____________________________________。
(2)一般来说,大豆干种子中_________(填物质名称)的含量最高;在评价该成分的营养价值时,人们格外注重其中________________。这是因为_____________________________________________________________。
(3)图2中的化合物称为_______肽,其在形成过程中相对分子质量减少了__________。
(4)图3中决定氨基酸种类的是________________(填序号)。
(5)鉴定豆浆中的蛋白质时,先加双缩脲试剂A液的原因是 ,只加4滴双缩脲试剂B液而不能过量的原因是_____
试卷第1页(共3页)
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7. (原创·新情境)众所周知,“鱼面”是湖北著名特产:将大源湖里的鲢鳙等淡水鱼,取新鲜的鱼,去掉鱼刺与内脏,鱼肉搅碎与红薯粉混合,最后用锅蒸熟,切成丝状,放在户外晒干,即可得到味美的鱼面成品。回答下列问题:
(1)大源湖中的鲢鳙等鱼类,肉质鲜美,蛋白质含量高,如何设计实验鉴定______
(2)在鱼面的加工过程中,可加少许蛋清,让鱼面更白更嫩,但是别加太多,否则鱼面易断,鱼面很难成型,从蛋白质角度分析原因是______。
(3)日常生活中,熟鸡蛋比生鸡蛋更容易消化,原因是______。
8.(原创,与生活联系) 据资料显示,螃蟹是深受人们喜爱的餐桌美食,可食用部分主要包括蟹肉、蟹黄和蟹膏,其中蟹肉中的蛋白质含量高达18.9%,蟹黄和蟹膏中的脂质含量较高,具有独特的风味和口感。
(1)蟹壳具有保护支撑作用主要是因为其含有__________,该物质还可用于废水处理。
(2)已知螃蟹体内的某种多肽由36个氨基酸组成的一条肽链构成,其中谷氨酸(Glu)有4个,其结构式如图所示,其他氨基酸仅含有一个羧基,则该多肽含有游离的羧基__________个,一分子该多肽至少含有__________个氧原子。
(3)资料显示,血蓝蛋白决定了螃蟹血液的颜色,其功能与血红蛋白类似,未与氧结合时呈无色或白色,与氧结合时呈蓝色,另外血蓝蛋白还是病毒抑制物。由此推知血蓝蛋白具__________功能。研究发现,低氧条件下哺乳动物血红蛋白含量增加以满足生命活动对氧气的需求,由此推测低氧条件也能导致螃蟹血蓝蛋白含量增加,请设计实验探究该推测是否成立,简要写出实验思路:_______________。
(三)拓展层·迁移创新(选做,约10分钟)
9.蛋白质功能多样,不同蛋白质起作用的部位不同。饭后人体内的血糖会升高,胰岛素能够降低血糖。胰岛素是在细胞外与细胞膜上的受体蛋白结合发挥作用的,而有的蛋白质需要进入细胞内起作用。
(1)胰岛素(如图甲所示)含有2条肽链,A链含有21个氨基酸,B链含有30个氨基酸,该胰岛素中含有__________个肽键,推测胰岛素分子中S元素最可能在氨基酸的__________上。
(2)若要检测该蛋白,可以使用__________观察颜色反应。胰岛素能降低血糖体现了蛋白质具有__________的功能。
(3)从某些动物组织中提取的胶原蛋白,可以用来制作手术缝合线。手术后过一段时间,这种手术缝合线之所以能被人体组织吸收,原因可能是_______________________________________________________。
(4)科学家为了研究某些蛋白质进入细胞核的机理,选取了一种病毒蛋白A(该蛋白由708个氨基酸构成,能够进入到宿主细胞的细胞核内)进行了如下实验:将蛋白A上某些氨基酸删除后,检测蛋白A在细胞内的位置。实验结果如上图乙。请回答问题:
根据上述实验结果,推测蛋白A中负责细胞核定位的序列为__________。为验证上述推测,请在上述实验结果的基础上,进一步补充完成下列实验设计。
第一步:选择一种__________(细胞质蛋白X、细胞核蛋白X)。
第二步:向选取的蛋白质添加蛋白A的推测氨基酸序列。
第三步:检测蛋白X在细胞内的定位。若实验结果为____________________,则推测成立。
10..胶原蛋白是动物体中的结构蛋白,可保护皮肤黏膜、增加组织弹性和韧性。研究人员提取了一种主要含图1中三种氨基酸的胶原蛋白用来制作手术缝合线。请回答下列问题:
(1)这三种氨基酸通过______________反应可形成一条包含“-甘-赖-脯-”序列重复200次的肽链,此肽链所含游离的氨基数为______________个,该过程中产生的水所含有的氢元素来自于氨基酸的______________(写中文名称)。
(2)上述三条同样的肽链缠绕在一起形成三螺旋结构(图2所示),称为原胶原蛋白,若构成一个原胶原三股螺旋的氨基酸共有a个,则该原胶原分子共有______________个肽键。
(3)皱纹的产生与胶原蛋白的减少及经常性面部肌肉收缩运动有关。肌肉收缩需要由三种蛋白质VAMP、Syntaxin和SNAP-25结合而成的一种蛋白质组合体SNARE参与。PAW-β(化学本质为多肽,具有抑制表情肌收缩的作用)与SNAP-25的部分序列相同,可代替SNAP-25参与蛋白质组合体SNARE的形成。从氨基酸和多肽的角度分析,使用PAW-β前后形成的组合体存在功能差异的原因是___________________________________________________________。
(4)在生产上常用NaCl从动物组织中盐析并分离出所需胶原蛋白,获得胶原蛋白仍有活性,这说明________________________________________________________。(从结构与功能的关系角度分析)加入双缩脲试剂______________(“能”/“不能”)出现紫色现象。
六、参考答案与解析
1.B 解析:A项,每种氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基(部分氨基酸R基中还含氨基或羧基);B项,各种氨基酸之间的区别在于R基不同,正确;C项,应为“至少有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上”;D项,人体蛋白质的氨基酸有21种,其中8种为必需氨基酸需从食物获取,其余13种可在体内合成。
故选B。
2. A 解析:该化合物有一个氨基和羧基连接在同一个碳
原子上,是组成蛋白质的氨基酸,A正确;
B、该物质所示化合物中不含羧基,不是构成蛋白质
的氨基酸,B错误;
C、该物质所示化合物中含有一个氨基和一个羧基,
但该氨基和羧基没有连接在同一个碳原子上,不属于
构成生物体蛋白质的氨基酸,C错误;
D、该物质所示化合物中不含氨基,不是构成蛋白质
的氨基酸,D错误。
故选A。
3.A 解析:① 胰岛素调节血糖浓度体现了部分蛋白质对生命活动的调节作用,即传递信息的功能,①正确; ②注射疫苗使人体产生可使人体产生相应的抗体,体现了部分蛋白质具有免疫功能,②正确;③人不吃蔬菜易患坏血症,主要是因为缺乏维生素C,③错误; ④食物在小肠内底消化依赖的是多种消化酶的作用,体现了部分蛋白质具有催化功能,④正确;⑤老年人的骨质疏松症是因为缺钙,⑤错误;⑥红细胞能运输氧气和少量二氧化碳,依赖细胞内的血红蛋白,体现了部分蛋白质具有运输的功能,⑥正确;⑦生命活动的主要能源物质是糖类,⑦错误。综上分析,与蛋白质功能有关的是①②④⑥ ,
故选A。
4.D 【解析】A、蛋白质肽链的盘曲、折叠形成的二级结构主要依靠氨基酸分子间的氢键维持,因此该过程与氢键有关,A正确;
B、二硫键可连接不同的肽链,例如胰岛素的A、B两条肽链就是通过二硫键结合的,许多含多条肽链的蛋白质都通过二硫键连接不同肽链,B正确;
C、氨基酸脱水缩合时每形成1个肽键会脱去1分子水,蛋白质彻底水解时每断裂1个肽键需要消耗1分子水,因此蛋白质的肽键数与其彻底水解消耗的水分子数相等,C正确;
D、蛋白质变性仅破坏了蛋白质的空间结构,空间结构的改变一般是不可逆的,肽键并未发生断裂,D错误。
5.C 解析: A、由题意可知,球状蛋白的亲水性极性基团分布在分子外侧是其空间结构决定的,即其亲水性与空间结构密切相关,A错误;B、蛋白质变性的本质是蛋白质的空间结构被破坏,氨基酸的排列顺序不会发生改变,B错误;C、蛋白质变性后空间结构发生改变,原本分布在内侧的疏水性基团可能暴露,外侧的亲水性基团的分布。也可能发生变化,因此其亲水性可能改变,C正确;D、双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应的原理是双缩脲试剂与肽键发生反应出现紫色,加热变性仅破坏蛋白质的空间结构,肽键并未断裂,因此遇双缩脲试剂仍会出现紫色,D错误。故选:C。
6.答案:(1)氨基酸 ;
;
氨基酸的种类、数目、排列顺序不同(或蛋白质的空间结构不同)
(2)蛋白质; 必需氨基酸的种类和含量; 人体无法自身合成全部氨基酸,必需氨基酸必须从食物中获取
(3) 124 (多) ;2220
(4)①③⑤⑦
(5)营造碱性环境 避免Cu2+颜色掩盖鉴定蛋白质时产生的紫色
解析: 本题通过考察元素构成化合物,通过图形将细胞内的有机物联系起来,考察了蛋白质的组成元素,基本单位,及蛋白质结构多样性的原因。还考察了蛋白质的相关计算与应用;是一道综合性较强的题型。
7.答案:(1)设计对照实验,取2支洁净的试管,编号为1,2; 向1号试管中加入2ml的已知的蛋白质溶液,向2号试管中加入2ml的鱼肉提取液,分别向1,2号试管中加入双缩脲试剂A液1ml,摇匀;向试管中加入双缩脲试剂B液4滴,摇匀;观察组织样液的颜色的变化;
结果分析:1,2号试管均出现紫色反应;说明新鲜的鱼肉中有蛋白质;
(2) 少量蛋清蛋白能与鱼肉蛋白均匀结合、保水增白,使鱼面白嫩;但蛋清过多,蛋白比例失衡、凝固后网络疏松脆弱,持水与支撑力下降,故鱼面易断、难成型。
(3) 加热使鸡蛋中蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散,肽链舒展,肽键暴露,便于蛋白酶水解;同时生鸡蛋中抑制蛋白酶的物质被破坏,因此熟鸡蛋比生鸡蛋更容易消化。(注意:变性只破坏空间结构,不破坏肽键。
解析: 本题考察蛋白质鉴定实验,蛋白质的空间结构及变性,与生活实践应用相联系。体现生物学知识服务社会责任的观点。
8. 答案: (1)几丁质 (2) 5 45
(3) 运输、免疫功能 将生理状况相同的螃蟹均分两组,一组给予正常氧浓度,一组低氧条件,一段时间后,测定两组螃蟹血蓝蛋白的含量。
【详解】(1)蟹壳具有保护支撑作用主要是因为含有几丁质。几丁质能与溶液中的重金属离子有效结合,因此可用于废水处理。 (2)根据图示,谷氨酸R基中含有一个羧基,组成蛋白质的其他氨基酸仅含有一个羧基,该多肽仅有一条肽链组成,因此该多肽含有的游离羧基数量包括末端1个羧基和4个谷氨酸R基中的4个羧基,因此共含有5个羧基;36个氨基酸组成的一条链,共含有35个肽键,每个肽键含有1个氧原子,末端羧基含有2个氧原子,4个谷氨酸R基上含有2个氧原子,共有2×4=8个,因此共有35+2+8=45个氧原子。(3)根据题意,血蓝蛋白决定了螃蟹血液的颜色,其功能与血红蛋白类似,未与氧结合时呈无色或白色,与氧结合时呈蓝色,能运输氧气,另外血蓝蛋白还是病毒抑制物,综上,血蓝蛋白具有运输、免疫功能;血蓝蛋白与血红蛋白类似,可以与氧结合,说明血蓝蛋白具有运输作用,血蓝蛋白是病毒抑制物,说明血蓝蛋白具有免疫作用。本实验的实验目的是探究低氧条件是否导致螃蟹血蓝蛋白含量增加,自变量是氧气浓度的高低,因变量是血蓝蛋白的含量,实验思路是将生理状况相同的螃蟹均分两组,一组给予正常氧浓度,一组低氧条件,一段时间后,测定两组螃蟹血蓝蛋白的含量。
9.(1) 49 R基
(2) 双缩脲试剂 调节机体生命活动
(3)组成动物和组成人体的胶原蛋白是相似的物质,从动物组织中提取的胶原蛋白能分解为可以被人体吸收的氨基酸
(4) 127-133 细胞质蛋白X 蛋白X定位到细胞核
【知识点】检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质、蛋白质的基本组成单位--氨基酸、蛋白质的功能、与蛋白质相关的计算
【详解】(1)胰岛素含有2条肽链,A链含有21个氨基酸,B链含有30个氨基酸,肽键数=氨基酸数-肽链数=21+30-2=49个。胰岛素分子中S元素最可能在胰岛素单体氨基酸的R基上。
(2)鉴定蛋白质可用双缩脲试剂,蛋白质和双缩脲试剂发生紫色反应。胰岛素能降低血糖体现了蛋白质具有调节机体生命活动的功能。
(3)组成动物和组成人体的胶原蛋白是相似的物质,从动物组织中提取的胶原蛋白能分解为可以被人体吸收的氨基酸,因此胶原蛋白用来制作的手术缝合线能被人体组织吸收。
(4)据图可知,删除第1-126位氨基酸序列或删除第136-708位氨基酸序列,蛋白A定位在细胞核内,删除第127-133位氨基酸序列,蛋白A定位在细胞核外,可推测蛋白A中负责细胞核定位的序列为127-133。为了验证该推测,需要进行实验,选择一种细胞质蛋白X,向选取的蛋白质添加蛋白A的第127-133氨基酸序列,检测蛋白X在细胞内的定位,如果蛋白X定位到细胞核,则推测成立。
10.答案:(1) 脱水缩合 201 氨基和羧基
(2)a-3
(3)PAW-β与SNAP-25的氨基酸种类、数目、排列顺序,肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同
(4) 在盐析过程中蛋白质结构没有改变 能
【知识点】检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质、蛋白质的结构及多样性、蛋白质的功能、与蛋白质相关的计算
【详解】(1)这三种氨基酸分子通过脱水缩合形成一条包含“—甘—赖—脯—”序列重复200次的肽链;由于只有赖氨酸的R基上有1个氨基,所以此肽链所含游离的氨基(-NH2)个数为200+1=201个。该过程中产生的水所含有的氢元素来自于氨基酸的氨基和羧基。
(2)从图例中可以看出一个原胶原有三股螺旋,每一股螺旋是一条多肽链,三股就是三条多肽链,组成的氨基酸共有a个,该胶原分子共有a-3个肽键。
(3)结合题意分析可知,PAW-β与SNAP-25的部分序列完全相同(部分结构类似),可代替SNAP-25参与蛋白质组合体SNARE的形成,但PAW-β与SNAP-25的氨基酸序列又不完全相同。从多肽的角度分析,使用PAW-β前后形成的组合体存在功能差异的原因是:PAW-β与SNAP-25的氨基酸种类、数目、排列顺序,肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。
(4)在生产上常用NaCl从动物组织中盐析并分离出所需胶原蛋白,获得的胶原蛋白仍有活性,这说明在盐析过程中蛋白质结构没有改变。由于没有破坏肽键,即加入双缩脲试剂能出现紫色
现象。
七、作业实施建议
1.分层使用:基础层、提高层为必做,面向全体学生;拓展层为选做,面向学有余力的学生,鼓励小组合作完成。
2.时间与形式:建议课后45分钟内完成。先独立完成基础层,再以小组讨论方式突破提高层的计算与简答题,拓展层可在两天内提交。
3.反馈与讲评:选择题于次日前反馈;计算题、开放题采用“教师批阅+学生互评”相结合。针对典型错误进行专项讲评,如“变性≠水解”“双缩脲试剂检测的是肽键而非氨基酸或蛋白质本身”“R基决定氨基酸种类”。
4.情境延伸:可结合学校所在地(黄冈市)的饮食与农业,引导学生开展“身边的蛋白质”小课题(如比较本地常见食物的蛋白含量),落实跨学科实践。
5.减负提示:严格控制总量,不额外加练;鼓励学生以概念图归纳“氨基酸—肽链—蛋白质—功能”的知识链条。
八、作业评价标准
维度
A(优秀)
B(良好)
C(待改进)
权重
得分
知识理解
基础题全对,概念精确
少量细节错误
较多基础错误
20%
能力运用
方法恰当,过程清晰,理由充分
方法基本正确
方法不当或缺失
30%
思维发展
观点明确,论证充分,有独创性
表达清楚,欠缺深度
思路混乱,缺乏证据
30%
情感态度
主动投入,积极交流,乐于协作;目标明确,能主动反思改进
态度端正,能按要求完成任务;基本参与合作
学习态度消极,被动完成任务,合作意识弱
20%
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