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聚合酶鏈式反應(聚合酶鏈式反應(PCR)技術原理)

聚合酶鏈式反應(聚合酶鏈式反應(PCR)技術原理)

" 多聚酶鏈反應(PCR)的發展,大力地推動了現代醫學由細胞水平向分子水平、基因水平的發展。由于PCR技術具有快速、簡便、特異、敏感等優點,使該技術廣泛應用于臨床診斷、醫學遺傳學、微生物學等生命科學的各個領域。PCR技術作為一項臨床實驗診斷方法,為臨床疾病的診斷提供更加準確的依據。本文介紹了PCR技術的基本原理,總結了目前國內外的PCR的主要技術發展和類別。 " PCR的定義 PCR(polymerase chain reaction),即聚合酶鏈式反應,這是一種用于在體外擴增特定的DNA片段的分子生物學技術,通過高溫變性、低溫復性和延伸這三個階段不斷循環,將特異片段的基因進行大幅擴增,從而達到將微量的DNA大幅增加的目的,以此來檢測是否有特定基因存在的目的。 PCR的基本工作原理 DNA在體外95℃的高溫時會變性,從雙鏈解旋變成單鏈,為下輪反應做準備:在低溫(經常是60℃左右)時,引物與解開的兩條單鏈按堿基互補配對的原則結合,再調溫度至72℃,在DNA聚合酶的作用下,以dNTP為原料、靶序列為模版,按照堿基互補配對原則和半保留復制原理,沿著磷酸到五碳糖(5‘-3’)的方向合成一條新的與模版DNA鏈互補的半保留復制鏈。 Mg2+濃度對PCR 擴增的特異性和產量有顯著的影響。Mg2+濃度過高,反應特異性降低,出現非特異擴增;而濃度過低會降低TaqDNA 聚合酶的活性,使反應產物減少。 緩沖液能夠提供PCR 反應穩定環境,提高反應體系的抗干擾能力。引物和探針是擴增效率的關鍵。 內標控制系統,內標基因通常是選取與靶基因無相關性的序列設計引物探針,可在VIC/HEX 通道檢測熒光。通過利用全自動熒光PCR 檢測儀檢測上述熒光信號,可以用來檢測反應體系是否正常。 三代PCR技術 第一代PCR技術: 通常我們所說第一代PCR技術就是最初的PCR,采用普通PCR擴增儀來對靶基因進行擴增,然后采用瓊脂糖凝膠電泳對產物進行分析,通過比對條帶的位置做出判斷,只能做定性分析。最初的PCR技術所采用的核酸染料,會對實驗人員和環境造成傷害,而且檢測耗費時間較長,操作麻煩,容易出錯,而且最后的結果只能做出定性的判斷。 其原理是DNA在堿性的溶液中帶有負電荷,因此,在電場作用下朝正極移動。在瓊脂凝膠中電泳時,由于瓊脂糖凝膠具有一定孔徑,長度不同的DNA分子由于所受凝膠的阻遏作用不同,因此導致長度不同的DNA分子的遷移的速度不同,從而可以按照分子量大小得到有效分離。 第二代PCR稱為實時熒光定量PCR技術: 通過在PCR反應體系中加入熒光基團,利用熒光信號累積來實現實時監測整個PCR進程,最后通過標準曲線對未知模板進行定量分析的方法。 利用熒光信號的變化實時檢測PCR擴增反應中每一個循環擴增產物量的變化,通過Ct值和標準曲線的分析對起始模板進行定量分析。 擴增曲線圖: 橫坐標:擴增循環數; 縱坐標:熒光強度 每個循環后都進行一次熒光信號的收集 可以看到PCR的擴增曲線呈現一個S形的曲線 目前qPCR常用熒光標記方法分為兩種:一種是非特異性熒光標記:SYBR Green I,另外一種是特異性熒光標記:TaqMan SYBR Green I法的方法原理是:當擴增時,單鏈開始擴展延伸,延伸結束,形成雙鏈DNA,SYBR Green將結合到雙螺旋小溝中,當受到適合光源激發,發射出熒光,反映產物濃度。 TaqMan作用機理是: 每擴增一條DNA分子,釋放一個熒光信號,可以在循環過程中任一點檢測熒光。 當探針完整,5′端熒光物質R受3′端淬滅物質Q的制約,不能檢出熒光,而當擴展延伸時,由于與目標序列互補與展開的單鏈結合,R與Q分開,熒光物質此時則游離出來,熒光信號可以被檢出。 第三代PCR技術: 第三代PCR稱為數字PCR,目前分為微陣列芯片式PCR、液滴數字PCR,數字PCR一般包括兩部分內容,即PCR擴增和熒光信號分析。 在PCR擴增階段,與傳統技術不同,數字PCR一般需要將樣品稀釋到單分子水平,并平均分配到幾十至幾萬個單元中進行反應。不同于qPCR對每個循環進行實時熒光測定的方法,數字PCR技術是在擴增結束后對每個反應單元的熒光信號進行采集。最后通過直接計數或者泊松分布公式計算得到樣品的原始濃度或者含量。 微流控芯片數字PCR能夠快速并準確地將樣品流體分成若干個獨立的單元,是進行多步平行反應、成本低、體積小和高通量,是理想的數字PCR平臺。通過芯片設計將納升液體封閉在高通量的微池或微量通道中進行后續的PCR擴增及擴增后結果的熒光顯微鏡進行直接判讀。 液滴數字PCR則是將兩種互不相溶的液體,以其中一種作為連續相(油項),另一種作為分散相(水項),在水/油兩項表面張力和剪切力共同作用下分散相以微小體積單元的形式分散于連續相中,形成液滴,常用作微反應器,具有體積小、樣品間無擴散,反應條件穩定等特點。 利用微滴發生器可以一次生成數萬乃至數百萬個納升甚至皮升級別的單個油包水微滴,作為數字PCR的樣品分散載體。液滴中包裹了單拷貝DNA模板和PCR反應液,將液滴收集在PCR反應管中進行擴增。PCR反應結束后檢測每個微滴的熒光信號。 數字PCR通過稀釋分離使每個反應室含一套擴增體系消除了本底信號的影響,因此檢測結果具有很強特異性和靈敏性,并且通過稀釋分離成幾千至幾百萬個獨立反應單元,再直接計數有擴增產物的個數,可以檢測出極微量的核算模板量,理論上可以檢測出單個拷貝的模板量。 PCR機器的基本構造 目前市面上寵物市場主流產品是第二代PCR,即熒光定量PCR,其基本的工作原理就是對擴增后的產物進行熒光物質的檢測 熒光物質的發光的原理: 通過機器內部發射出短波長的激發光來激發熒光分子,熒光分子受到激發光的照射,會從下部的基態轉變到上部的激發態,激發態的熒光分子就會向外輻射出波長較長的光,通過對熒光分子向外輻射的光進行檢測,就能夠對產物進行定量檢測分析。 目前市面上主流的熒光定量PCR儀器主要構成分為三部分:擴增模塊(溫控系統),熒光檢測模塊(光學系統和檢測系統)和數據分析模塊(軟件系統) 機器內部光源發出的光通過濾光片篩選出需要的激發波長,然后通過光斑整形照射到樣本上,然后樣本激發出熒光,然后再通過另外一塊濾光片篩選出真正的熒光信號,入射到光電探測器上,通過光電探測器實現熒光信號的轉換,轉換出的電信號再進入到數據分析模塊進行分析。 溫控系統: 目前市面用的比較多的是半導體系統,還有一種是空氣熱循環 光學系統:光源:目前市面上主要的是四種,鹵鎢燈(發熱量大壽命短),單色LED(窄光譜),白光LED(寬光譜),激光器(成本高) 探測系統:光電倍增管,光電二極管(逐點掃描),成像相機(同時掃描) 總結 PCR是一種用于在體外擴增特定的DNA片段的分子生物學技術,通過高溫變性、低溫復性和延伸這三個階段不斷循環,從而達到將特異片段的基因進行大幅擴增的目的。 目前PCR技術已經發展到第三代數字PCR,第一代PCR為瓊脂凝膠電泳法,第二代為熒光定量PCR,也是目前寵物市場上的主流PCR。 實時熒光定量PCR儀器是通過在PCR反應體系中加入熒光基團,通過利用熒光信號累積來實現實時監測整個PCR進程,最后通過標準曲線和CT值對未知模板進行定量分析的方法。 目前市面上主流的熒光定量PCR儀器主要構成分為三部分:擴增模塊(溫控系統),熒光檢測模塊(光學系統和檢測系統)和數據分析模塊(軟件系統) 擴增模塊通過精準控制溫度的升高和降低,使核酸分子不斷的循環高溫變性、低溫復性和延伸這三個階段,從而使得特異的基因片段不斷得進行半保留復制,熒光檢測模塊則是通過機器內部光源發出的光,通過濾光片發射出的激發波長照射到樣本上,使熒光分子從基態變為激發態,從而激發出波長較長的光,激發的光入射到光電探測器上,通過光電控制器實現熒光信號到電信號的轉換,轉換出的電信號再進入到數據分析模塊進行定量分析,通過軟件分析出擴增曲線,CT值來進行最后結果的判斷。
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氯化鈉的相對分子質量(一定質量分數的氯化鈉溶液的配制)

氯化鈉的相對分子質量(一定質量分數的氯化鈉溶液的配制)

氯化鈉的相對分子質量 氯化鈉的相對分子質量為:58.5. 氯化鈉的分子式為NaCl,鈉原子的相對分子量為23,Cl原子的相對分子量為35.5,所以氯化鈉的相對分子量計算為:23+35.5=58.5. 氯化鈉(NaCl),外觀是白色晶體狀,其來源主要是在海水中,是食鹽的主要成分. 一定質量分數的氯化鈉溶液的配制 農民在噴施農藥的時候濃度既不能太大,也不能太小,必須在合理的濃度范圍內才能發揮最佳效果。 注射用的生理鹽水濃度為0.9%,醫用酒精的濃度為75%,這些需要定量的溶液怎樣配制呢? 一、實驗目的 1.初步學會配制一定質量分數的溶液。 2.加深對溶質的質量分數概念的理解。 3.探究導致實驗結果偏大或偏小的原因。 二、實驗儀器: 托盤天平、藥匙、量筒、膠頭滴管、燒杯、玻璃棒 三、實驗步驟: 1、計算:按配制要求計算出所需要的溶質和溶劑的量(固體計算出質量,液體計算出體積)。 2、稱量:用托盤天平或電子秤稱取所需的氯化鈉; 3、量取用量筒量取所需的水。 4、溶解:把溶質和溶劑混合,攪拌至充分溶解即可。 5、裝瓶存放:把配好的溶液裝入試劑瓶中,貼上標簽。 實驗1:配制質量分數為6%的氯化鈉溶液 溶液配制及所配溶液中溶質質量分數的誤差分析 【問題與交流】所配溶液中溶質質量分數的誤差分析 (1)所配溶液中溶質質量分數偏?。?①計算時錯誤,溶質算少了,溶劑算多了; ②稱量溶質時,砝碼和物體放反了,且使用了游碼(或其他操作導致溶質稱少了); ③稱量完畢,溶質有撒落,沒有全部轉移到燒杯中; ④量液時,視線偏下,即仰視量取溶劑; ⑤溶劑倒入燒杯時,燒杯不干燥或配制完溶液后用水洗燒杯,并將水倒入試劑瓶中; ⑥在燒杯中溶解溶質時,溶質還沒有完全溶解,就將溶液轉移到了試劑瓶中。 (2)所配溶液中溶質質量分數偏大: ①計算時錯誤,溶質算多了,溶劑算少了; ②稱量溶質時,稱量錯誤,溶質稱多了; ③量液時,視線偏上,即俯視量取溶劑; ④量取液體在倒入燒杯時有灑落,沒有全部倒入燒杯中; ⑤在配制溶液時,溶劑有灑落。 (3)所配溶液中溶質質量分數影響不大: 配好溶液后,向試劑瓶中轉移時,溶液有灑落。該操作雖然溶液的質量減小,但由于溶液具有均一性,其溶液中溶質質量分數不變。 如果沒有食鹽,手邊只有剛剛配好的6%的氯化鈉溶液,而我們需要50g質量分數為3%的氯化鈉溶液,那怎么辦呢? (水的密度是1.0g/mL 、6%的氯化鈉溶液的密度為1.04g/mL) 將6%的氯化鈉溶液加水進行稀釋 實驗2:用配好的濃度為6%的氯化鈉溶液配制50g濃度為3%的氯化鈉溶液 實驗步驟: (1)計算:所需6%的氯化鈉溶液———g(體積——ml),需加水——g 知識鏈接: 計算的依據——稀釋前后,溶質的質量不變 濃溶液的質量×6%==稀溶液的質量×3% 濃溶液的質量×6%=50g×3% 濃溶液的質量=25g 濃溶液的體積=溶液質量÷密度 =25g÷1.04g/cm3=24ml 需要加水的質量=50g-25g=25g (2)量?。河昧客擦咳∷璧?%的氯化鈉溶液(密度約為1.04g/cm3),量取水,倒入燒杯中。 (3)混勻:用玻璃棒攪拌使溶液混合均勻。 (4)裝瓶:將配制好的溶液裝入試劑瓶,并貼上標簽。 小結:
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atp是什么(ATP為什么不叫高能磷酸鍵了)

atp是什么(ATP為什么不叫高能磷酸鍵了)

科普:ATP是什么? ATP又叫三磷酸腺苷,簡稱為ATP,其結構式是:A—P~P~P 它是一種含有高能磷酸鍵的有機化合物,它的大量化學能就儲存在高能磷酸鍵中 ATP是生命活動能量的直接來源,但本身在體內含量并不高 人體預存的ATP能量只能維持15秒,跑完一百公尺后就全部用完 不足的繼續通過呼吸作用等合成ATP 肌肉收縮產生的運動,神經細胞的活動,生物體內的其他一切活動利用的都是ATP水解時產生的能量 深度讀:ATP為什么不叫高能磷酸鍵了? 今天讀書內容:細胞的能量貨幣ATP。 1 問題探討 教材用螢火蟲發光為例引入,在本節結尾處小字部分又對螢火蟲發光進行了具體解釋,前后呼應。 一些課例導入時用剝離蛙的腓腸肌為材料,分別加入葡萄糖和ATP觀察腓腸肌的反應,用以說明ATP是直接能源物質。這個實驗成本不低,但是根據現有的研究結果來看,多數生物體中ATP不能運進細胞(參見“ATP能不能進出細胞”),即本實驗中ATP不是作為細胞內的直接能源物質發揮作用的,本實驗并不適合本節課的導入。 2 ATP是一種高能磷酸化合物 “高能磷酸鍵”這個術語長期被用來描述ATP水解反應時被斷開的P~O鍵,這是不對的,這種表述錯誤地暗示鍵自身含有能量。事實上所有化學鍵的斷開都需要能量的輸入。磷酸化合物水解釋放的能量(自由能)并不是來自于某個具體被斷開的鍵,它來自于產物比反應物具有更少的能量(自由能)。 ATP中四個負電荷相距很近且相互排斥,這是ATP不穩定的重要原因。ATP水解時,釋放末端的磷酸基團會消弱相鄰負電荷之間的互斥作用,同時脫下來的磷酸基團也更加穩定。這樣ATP水解后的產物中所含有的能量(自由能)就比ATP低,這部分能量差就被釋放出來。由于1mol ATP水解釋放的能量較高,所以ATP是高能磷酸化合物。 3 ATP與ADP可以相互轉化 3.1ATP和ADP的相互轉化 在有些酶(ATP酶)的參與下,ATP水解形成ADP和Pi,并釋放出能量;在有些酶(如ATP合酶)的參與下,能量驅動ADP和Pi結合,重新形成ATP。ATP和ADP之間的相互轉化時刻不停地發生,ATP通過水解釋放能量供生命所需,生成的ADP又在一定條件下轉化成ATP。ATP和ADP相互轉化的能量供應機制,在所有生物中都是一樣的,這體現了生物的統一性。 細胞供能并不是依賴于ATP的絕對含量,而是依賴于ATP和ADP相互轉化的速率。ATP和ADP之間相互轉化的速率越快,單位時間所能提供的能量就越多。新教材不再明確提ATP在體內(細胞內)的含量極少(教師用書還保留了ATP含量少的表述),這可能是因為人們發現ATP能夠與細胞中的蛋白質結合起來,其含量測定相對困難。 3.2ATP合酶與ATP酶 教輔喜歡在此處區分ATP的合成和水解是不是可逆反應,我的意見是不需要講。下面主要從酶的角度談一談我的理由。 催化ATP分解的酶是ATP酶(注意不是教輔們講的ATP水解酶)。通過氧化磷酸化催化ATP合成的酶稱為ATP合酶(也可以像教輔們那樣叫做ATP合成酶,在有氧呼吸第三階段催化ATP的合成),另外還存在通過底物水平磷酸化催化ATP合成的酶(在有氧呼吸第一和第二階段以及無氧呼吸時催化ATP的合成)。 教輔經常強調催化ATP合成和ATP分解使用不同的酶,這是不正確的。線粒體上的ATP合酶由F1和FO(注意是字母O不是數字0)兩部分組成。上世紀60年代科學家就分離了F1,并發現其能夠催化ATP的水解,故最初稱其為F型ATP酶。但是當F1和FO組合在一起時,就具有了催化ATP合成的能力。 另一個有趣的例子是Na-K泵。Na-K泵在生理狀態下通過消耗ATP將Na+泵出細胞同時將K+泵進細胞。但是如果利用紅細胞膜創造一個膜內高K+、膜外高Na+(相應離子濃度均高于生理狀態)的環境,Na-K泵就會反過來工作:K+運出細胞Na+運進細胞的同時生成ATP。這個例子充分表明同樣的酶(此處為Na-K泵)在不同的環境下可以催化相反的反應。其實這也很容易理解,因為酶促反應只改變化學反應的速率;對于可逆反應而言,酶既能催化正反應的速率,也能催化逆反應的速率。在生理狀態下,酶所處的環境大都是相對穩定的,通常這種相對穩定的環境利于酶催化的反應朝著一個方向進行,而不利于反應朝著相反的方向進行。 4 ATP的利用 4.1ATP水解供能常涉及基團的轉移 為了說明ATP水解如何供能,教材用了P型Ca2+泵(參與Ca2+主動運輸的載體)的例子。在這個例子中,非磷酸化的Ca2+泵含有ATP結合位點和Ca2+結合位點。當Ca2+與泵上的Ca2+結合位點結合后,泵的ATP水解酶活性被激活,ATP水解釋放的磷酸基團與泵結合導致Ca2+泵的磷酸化,這導致泵構象的變化從而引起Ca2+的釋放。Ca2+的釋放最終引發泵的去磷酸化,去磷酸化的Ca2+泵又可以結合ATP和Ca2+,繼續進行Ca2+的跨膜轉運。在這個例子中,我們看到ATP水解釋放的磷酸基團可以使蛋白質分子磷酸化,通過蛋白質分子的磷酸化和去磷酸化,使蛋白質的空間結構發生變化,活性也隨之發生改變。 再來看一個谷氨酸生成谷氨酰胺的例子。谷氨酸和氨反應生成谷氨酰胺是一個吸能反應,需要ATP水解供能才能夠進行。學生包括老師可能會認為:ATP直接水解釋放能量推動該反應的進行,而實際反應并不是如此。如圖所示,一個磷酸基團首先從ATP中轉移到谷氨酸上生成谷氨酰磷酸,這導致谷氨酸被活化,活化的谷氨酸(谷氨酰磷酸)處于較高的能量水平,可以和氨反應生成谷氨酰胺。 (引自Lehninger Principles of Biochemistry 3th 中文版,p433,圖14-8) 再回到螢火蟲熒光的例子。熒光素和ATP反應時,ATP將腺苷酰磷酸基團轉移給熒光素,這導致熒光素被激活,激活的熒光素在熒光素酶催化下和氧氣發生化學反應,形成氧化熒光素并發出熒光。 (引自Lehninger Principles of Biochemistry 3th 中文版,p437。部分名詞翻譯和文中有差異) 最后再看一個ATP直接水解供能,而不涉及基團轉移的例子。肌肉收縮時,ATP與肌球蛋白非共價結合(磷酸化是共價結合),使肌球蛋白維持這一構象;當肌球蛋白催化ATP水解時,ADP和Pi就從肌球蛋白上脫離下來,這使得肌球蛋白轉變為另一種構象直到另一個ATP分子結合上去。ATP的(非共價)結合和隨后的水解提供了肌球蛋白構象變化的能量。 4.2 ATP是流通的能量通貨 一個吸能反應和一個放能反應相聯系時,放能反應釋放的能量能滿足吸能反應的能量需求。細胞內的放能反應通常和ATP合成(吸能反應)相聯系,將放能反應釋放的能量暫時儲存在ATP中;ATP的水解(放能反應)和細胞內的吸能反應相聯系,將ATP水解釋放的能量用于推動細胞內吸能反應的進行。也就是說能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通。因此,可以形象地把ATP比喻為細胞內流通的能量“貨幣”。 4.3 其它高能磷酸化合物也可以直接供能 ATP是主要的高能磷酸化合物,此外,GTP、UTP、CTP(NTP)和dATP、dGTP、dTTP、dCTP(dNTP)也可以在特定反應中充當供能分子。因此,我們說ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質,而不說ATP是唯一的直接能源物質。 5 建構概念,發展素養 本節需要建立的概念是:ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。服務于這一概念的建構,學生需要明確:ATP是一種高能磷酸化合物,在細胞中,ATP與ADP的相互轉化實現儲能和放能,從而保證細胞各項生命活動的能量供應。 所有生物的細胞內都以ATP作為能量“貨幣”,引導學生從細胞代謝的角度認識生物界的統一性,為深入認識生命有共同起源打下基礎。
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點擊化學在化學生物學中的應用

點擊化學在化學生物學中的應用

美中藥源原創 新聞事件 今天Derek Lowe的博客提到點擊化學在化學生物學的應用,并用七月份發表在《科學》雜志上的一篇文章為例說明這個技術現在的威力。這篇文章把兩個已知的BRD4抑制劑接上點擊片段后跟蹤藥物在體內、體外試驗與BRD4的結合,解釋了為什么這些藥物只影響部分BRD4調控基因的表達、在AML腫瘤模型中骨髓腫瘤細胞比脾臟、外周腫瘤細胞更難被清除等實驗現象。這些細節對理解新藥的機理非常重要、但用以前的技術很難得到這些信息。 藥源解析 點擊化學是2001年炸藥獎獲得者Barry Sharpless提出的一個概念。90年代以前合成化學追求目標化合物(多數是天然產物)的合成難度,但是效率通常很低。Sharpless認為與其投入大量人力物力合成0.1毫克復雜天然產物,不如把資源用在開發高效合成方法上面。他說化學家不應該合成碳碳鍵,這種高難的技術活應該由生物體系去做?;瘜W家應該專注建造碳雜原子鍵。還不是所有碳雜原子鍵,而是那種釋放高自由能的化學鍵合成,即點擊化學(Click chemistry)。 Click翻譯成點擊不完全準確,這個詞英文也有一見鐘情、相見恨晚的意思。點擊化學的兩個反應物是為彼此而生,見面如烈火遇干柴,不需任何幫助在室溫、水溶液里就高效率反應。他當時舉的例子是疊氮與炔生成三氮唑這個老反應。到現在這也還是應用最多的點擊化學反應,有時化學家的創造力也確實令人捉急?!犊茖W》這篇文章還用了一個四氮嗪與反式環烯的Diels-Alder成環反應,這個反應用的也比較多,雖然生成的是碳碳鍵。 點擊化學在有機合成中應用主要是化合物庫的建造,影響十分有限。這個思想也未能改變合成化學追求高難天然產物的行業文化。但這個技術對化學生物學的發展的確起了重要作用。以前研究小分子藥物的蛋白靶點一般把藥物分子接上生物素、利用與抗生物素蛋白的強結合力找到靶點蛋白。但是一是這種結合不是共價結合、穩定性還是略差,二是因為生物素加上鏈接經常改變藥物活性、更重要的是降低過膜性,無法用于整體未打碎細胞的研究。另一個依靠共價形成的ABPP技術我們也講過幾次。 點擊化學只要在藥物分子上接上分子量很小的炔基加上一個鏈接片段,不怎么影響藥物性質。這兩個BRD4配體接上側鏈后生物活性、對基因表達影響與原藥幾乎一樣。疊氮底物可以接上熒光物質,在細胞內與已經打入靶點內部的炔基標記藥物反應后可以很容易跟蹤藥物在組織、細胞內的分布。炔基標記藥物還可以再用環重氮丙烷雙重標記,這個基團光照后能與結合蛋白反應生成共價結合物。這個雙重間諜進入細胞與靶點結合,光照后與蛋白形成共價鍵。然后用點擊化學把這些蛋白/藥物反應產物撈出,該藥物分子在細胞內干過什么事可以說是人贓俱在。 有人問如果藥物能治病你管它在細胞內與誰接觸呢?藥物上市后當然這個問題不重要了,但在漫長的研發過程中知道療效和副作用來自與哪些蛋白的相互作用對于成功率是非常重要的。如果藥物的療效來自非目標蛋白(脫靶活性),那么開發路徑中需要修路搭橋的路段要多出很多,不確定性大大增加。當然也有Zetia這樣的成功特例。反過來如果毒性來自目標蛋白,那么你繼續優化也前景黯淡。 新藥研發是個龐大的系統工程。每天我們報道臨床試驗成功與失敗、新藥批準還是拒絕這些最終結果,但藥物要到這一步需要無數人的辛苦工作?;瘜W生物學只是冰山的一角,希望大家可以管中窺豹、從中看出尋找挽救病人生命新藥幕后的艱苦。
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【嘉錦.教研動態】高中化學組原創題命制大賽

【嘉錦.教研動態】高中化學組原創題命制大賽

文/鄭莎莎 力命題質量,成就美好教育。教務處的帶領下,高中化學教研組積極開展了原創題命題比賽活動?;顒又?,三個備課組團結協作,劉遠信專家傾力指導,高質量按時完成任務。經過前期的充分籌備與研討,由高三化學備課組承擔說題以及答辯任務,并在2018年5月15日在學校展示。 說題以及答辯評委有:陳明華教授、易忠蘭老師、錦江區化學教研員嚴海林老師,教務處胡祖芬主任、羅祎宏副主任。高中化學組全體成員參與了此次活動,其中參與答辯的高三化學組,教研組長曾定軍老師進行說題、曾定軍和備課組長張冉老師進行答辯、許維群老師擔任主持人。 首先是說題環節。曾定軍老師就試題的命制目的、方法、試題的結構進行了分析,明確指出本套試題的特點:突出雙基、注重能力;密切聯系STSE;注重實驗操作與實驗探究;注重化學圖像的分析與應用;注重化學計算;注重學科素養在試題中的體現。同時,曾定軍老師還舉例說明了如何進行原創,以及試題中的亮點,并就整個命題過程進行總結反思。 其次是提問答辯環節。嚴海林專家對試題的命制目的、內容體現、試題實施、評價等方面進行了提問。易忠蘭老師提到化學應與科學、生產、生活相結合,連非洲的小朋友都可以思考利用尿素來進行發電,在我們的實際教學中是否同樣可以多給學生一點啟迪,讓學生也有機會創造出更大的可能性。陳明華教授提到數形結合的方式較好,圖像圖表以及流程將是今年高考的重點考查方向。胡祖芬主任提到如何讓學生突破難題,易錯題,這需要教師深入思考。羅祎宏副主任再次強調了命制試題的初衷與重要性。曾定軍與張冉老師結合命題過程中的經歷與體會,順利作答,讓專家們很滿意。 最后是專家點評。嚴海林專家提到:“作為教師,要有兩會,會做題與會命題?!辈⒊浞挚隙思蜗榕e辦原創題命題大賽的四大益處,充分肯定了化學組試題命制的針對性、創新性、基礎性、導向性與時代性,并對如何進一步完善命題對試題的規范表達與評價提出了建議。 短短一小時的說題與答辯,凝結整個化學組的集體努力與智慧,我們化學組將勇往直前,直面挑戰,將今天的所學所悟用于實踐。 主編:嘉祥錦江中學微信編輯部 本期責編:雷雅潔 本期審稿:吳昌文 蒲靜雯 蔣昕宇
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化學知識點又多又碎,怎么掌握化學學習的技巧呢?(上)

化學知識點又多又碎,怎么掌握化學學習的技巧呢?(上)

化學知識點又多又碎,要記要背的概念還有方程式也很多,怎樣學好化學?化學學習是否有什么技巧呢?為了幫助大家解決這個問題,學方君邀請了2位來自清華的學子給大家分享一下如何學好化學的一些方法。今天首先由GH師兄為大家做分享,下期將由Allen Fu師兄為大家做分享。 學方志愿者簡介 GH師兄:清華大學機械學院2014級本科生,全國高中生生物競賽一等獎、化學一等獎。 學友提問 自從上了初三接觸化學以后,總感覺化學好難。等到上了高中以后,感覺化學更難了,自己已經很努力。把大部分的學習時間都放在了化學的學習上,但總是提高不了化學成績。我特別想知道,學習化學有什么技巧嗎?是不是我的學習不對呢?學霸們,你們學習化學有什么自己的技巧和心得嗎? 志愿者回答 GH 師兄 雖然我現在不學化學了, 但是當年學得還可以,和你分享一些經驗吧。首先任何一門學科都是需要花很多時間的,可能有的人對化學的領悟力強一些有的人弱一些,但是絕對沒有人不努力就可以學好化學的。你說自己學習化學時間很長,不知道你用了什么方法,我先說一些常規的方法: 1、化學基礎知識非常重要,各部分知識之間也經常關聯出題,所以要經?;仡欀皩W過的知識,主動聯想前后學的東西之間的聯系,形成自己的知識體系; 2、要養成多看課本的好習慣,因為課本上的話都是經過很多專家斟酌的,更專業一些,多看課本可以加深自己的印象; 3、化學的知識點多而且雜亂,自己一定要搞清楚各部分之間的聯系,就要多看課本的目錄,從書的整體來看一本書的安排,就能知道書這樣安排內容的道理,也就知道了知識點之間的串聯關系; 4、化學需要理解的地方還是挺多的,高中化學比較難的地方個人感覺是化學反應中的能量、原子分子,這些內容就需要多思考,不能簡單記住課本上的結論,最好能明白結論的推理過程,和老師多交流,多了解一些稍微高深一點的理論,即使不能完全理解這些理論,對你理解低級的理論會有幫助; 5、大部分化學知識都是靠記的,但是像背單詞背課文那樣背化學沒有意義,最好是自己準備一個筆記本,把老師每天講的東西記錄下來,晚上睡覺之前瀏覽瀏覽形成習慣,而不要等到一段時間突擊背誦; 6、再準備一個小本每天把自己做錯題的原因和相關的知識點記錄下來,每晚睡覺之前瀏覽一下,長期堅持下去就會發現自己的漏洞越來越少了。 7、化學考試多是選擇填空,尤其是填空題一定要回答得足夠專業,答案不能似是而非,對于自己知道的答案一定要把課本上的話答出來,不用或盡量少用自己的話來答題。
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用“化學反應”點亮學生的心

用“化學反應”點亮學生的心

從教三十一年來,她不僅讓學生認識到化學是一個五彩繽紛的世界,有物質變化美,有質量守恒美,有色彩轉換美,而且還通過化學教學和化學實驗引導學生認識到世界的變化,讓學生們喜歡上化學課。二十幾年的教書育人生涯中,她始終用化學之美填充著自己的職業人生和教育內涵,讓教育這一“化學反應”綻放最美麗的光彩。她就是揚州工業職業技術學院教師張文英。 匠藝與匠心并重的好老師 在工作中,張文英最大的夢想就是要成為學生心目中的好老師一個匠人,她對工作的要求苛刻到了極致。她說,只有自己有了過硬的專業技能才有資格去教授學生。多年來,她一直堅持根據每個班級學生的不同特點,精心設計教案,在課堂上以知識的傳授為根本,注意與學生的溝通與交流,達到良好的教學效果。由她領銜的教師指導團隊帶領學生在全國石油與化工職業院校學生化學檢驗工技能大賽中屢創佳績,但是每次她都將來之不易的“大賽優秀指導教師”的榮譽讓給團隊中的青年教師;編寫的教材《定量化學分析實驗》獲第八屆中國石油和化學工業優秀教材獎一等獎,被國內多所高職院校采用;2012年全國職業院校技能大賽工業分析檢驗賽項裁判組副組長;多次被評為學校優秀教師、校五一巾幗標兵等榮譽稱號。 “匠心”是一種堅持的倔強,是一種要把事情越做越好的心境和決心。張文英所教的學生大多數是工業分析與檢驗專業,走上工作崗位后是做質量監控工作的,因此細心、嚴謹、洞察力強是他們必備的職業素質。在教學設計中她通過對操作的細化、細節的規范、結果的精準、現象的觀察等手段來強化這方面的訓練。但她知道,要想獲得精準的結果,沒有扎實的基本功是不行的,僅靠課堂上的訓練是達不到這一要求的。于是,她經常利用休息時間建立起了第二課堂的訓練,早早地來到學校,很遲才回家。有一次由于工作太辛苦,再加上感冒,咽喉炎發得非常嚴重,話都講不出來了,但她在失聲的情況下,硬是用氣流形成的微弱的聲音堅持講完分析天平的使用,這次課實驗室特別的安靜,學生聽得特別的認真,學生覺得那氣流就是一串串堅強的音符,震憾著他們,激勵著他們,他們覺得要像老師一樣盡自己的全力來完成好學業,有再大的困難也要克服。 她曾經遇到一個學生,他什么也不想學,什么也不想做,在實驗室里他根本不動手,更談不上能跟上其他人的步伐,張文英主動關心他,他說他學不會,從小學到高中畢業他都沒好好學,老師對他的要求都是只要不影響他人學習就行了,所以他不可能學會。對于這樣的學生她沒有放棄,在教會其他同學后,她對他進行了一對一教學,手把手地教,一個一個動作地教,反復地教,當他失敗的時候鼓勵他繼續嘗試,在她的不懈努力下他學會了課程中所有的操作,其他同學也對她伸出了大拇指。從此班上所有同學都盡心盡力做好每一件事。她用實際行動詮釋了什么是化學分析與檢驗人的工匠精神,她對工匠精神的追求得到了各級部門的認可,2001年被評為江蘇省優秀工作者、當選揚州市維揚區人大代表(2002-2006);2005年被聘為中國職業技術教育學會教學工作委員會化學教學研究會(高職)委員。 化學之美與職業教育同行 團結互助是現代人必備的良好品質,對于這方面素質的培養,張文英沒有跟學生講大道理,也沒有對他們進行說教,而且是通過合作完成項目來進行。比如要完成從醋中測定醋酸這一項目,她將班級學生分成若干小組,組內每位學生都必須要進行方案設計、標準溶液標定、醋酸含量測定,并對各項進行打分,每位同學的成績都將影響小組成績,同時小組成績也會影響個人成績。所以學生除了要自己得分外,還要幫助組內其他同學提高成績,在這過程中學生會共同討論、共同試驗,相互交流經驗,這過程中增進了學生的友誼,提高了學生理論聯系實際、運用所學知識的能力,提高了學生的操作技能,團隊合作意識明顯增強。 在教學中她經常通過一些事情讓學生學會學習、讓學生學會做人,如儀器擺放整齊、用后及時歸位,讓他們養成愛整潔、做事有條理的好習慣。又比如,她提倡男生去給蒸餾水水桶裝水,教育男生要有擔當,鼓勵女生給蒸餾水水桶裝水,教育女生當自強等等。多做一些這樣的事后大家都心情舒暢,做事效率更高。她利用化學教學中的一切美育因素進行職業教育,收獲了學生全面發展的成果。 用愛成就“教師”這一光榮稱號 2004年,0001分儀班的顧安慶同學被查出患有白血病,她積極組織大家參加募捐活動,并利用星期六、日的時間去看望他,鼓勵他戰勝病魔,早日康復;97屆學生王志斌家庭十分困難,他母親患肝硬化、肝腹水,常年服藥,父親為了照顧母親只能在家種少量的田來維持一家人的生活,他和他的哥哥都在讀書。這位學生多次想退學回家打工掙錢來幫母親看病、支持哥哥讀書,她了解到這些情況后,毅然從并不寬裕的家庭生活費中每月擠出80元支持這位學生完成學業。 她喜歡與年輕教師打成一片??偸侵饕P心他們、幫助他們,因為她知道新教師絕大多數都是從校門進校門,沒有上課的經驗,因此她總是詳細地指導他們如何上好課,總是手把手地教給他們專業技能,讓他們的操作熟練規范,很快適應教學的需要,不斷提高自己的業務水平。在她的帶領下,學校工業分析與檢驗專業教學團隊被評為校級優秀教學團隊,部分教材被評為全國優秀教材。不少同志利用業余時間搞科研,發表科技論文數量在全院名列前矛,培養的學生在全國化學檢驗工技能大賽中多次獲一等獎和二等獎,很多學生已經成長為單位的業務骨干。 記得那是90年的春天,她的母親被查出患有胃癌,按理說,她應該放下手中的工作去照顧她的母親。因為在她很小的時候她的父親就去世了,是她的母親含辛茹苦把她拉扯大,傾其家中所有供她讀大學。但她不想給單位和領導添麻煩,一直堅持上課,她覺得不能耽誤學生的前途,她離不開學生。直到她母親病危,也就是她母親去世的前一天她才回到了家。后來她才聽說她母親一直盼她回來,想讓她幫她洗個澡干干凈凈地離開人世間,就這樣一個簡簡單單的要求都沒能滿足。每當想起這件事,她都覺得愧對她的母親,但她并不后悔,她覺得她的母親能理解她。雖然,她的休息時間少了,對親人的關心少了,但學生收獲了過硬的操作技術,收獲了吃苦耐勞的精神,她也收獲了學生快速成長的快樂。 張文英以自己的愛心、熱心為基調,用理想和堅持為筆,讓教育這一“化學反應”綻放出了最美麗的光彩!
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無所不在的表面化學與表面催化

無所不在的表面化學與表面催化

兩種不同狀態物質之間緊密接觸的過渡區稱為界面,若其中一邊為氣體,這種界面通常也稱為表面。在界面上所發生的物理化學現象統稱為界面現象或表面現象,而研究各種表面上化學和反應過程的科學稱為表面化學和表面催化。我們設想當一個分子與固體表面相互作用時,它可能被彈起或者被表面吸附,而后者將帶來許多有趣的結果。一種情況是分子直接在表面上解離;還有一種可能是分子和表面原子發生反應從而改變表面的化學性質;第三種可能是被吸附的分子遇見了另一個被吸附的分子,于是在表面發生化學反應。這些與表面相關的化學現象在我們生活中無處不在而又異乎尋常的重要。 你在身邊能看到諸多的腐蝕現象正是由于表面的化學反應所致,據統計每年由于腐蝕造成的損失占國民經濟的4%;腐蝕所帶來的損害能夠通過改進固體表面的成分加以改進,一層在空氣中形成的氧化膜就可以有效地保護它們。在微電子產業中,大多數薄層半導體是通過化學氣相沉積法生產的;這種方法將兩種或兩種以上的氣態原材料導入到一個反應室內,然后相互之間發生化學反應,形成一種新的功能薄膜材料。表面化學最為重要的應用是在多相催化,氣體分子在固體表面上進行高效催化循環,實現快速高選擇性反應;該過程貢獻了世界上 GDP 總量的20%左右。汽車尾氣的消除、合成氨反應、石油化工、煤化工等在我們身邊發生的重要反應都是依賴于表面催化作用。 合成氨過程是最重要的多相催化反應之一,其關鍵是熔鐵催化劑表面上 N2 和 H2 分子的活化,以及生成 NH3 分子的過程。上世紀初, Fritz Haber 發現合成氨催化劑,后來 Carl Bosch 等人利用高壓化學法實現工業化過程。合成氨催化劑的發現不僅啟動了現代化學工業,也宣告了現代農業的到來。兩人也因此分別獲得1918年和1931年諾貝爾化學獎。但是像許多多相催化過程一樣,那時人們對于催化劑表面反應過程的理解非常有限,催化過程基本上被認為是一個黑箱過程,而催化劑的合成更多是采用經驗式的炒菜模式。從上個世紀六七十年代開始,得益于真空技術的發展以及現代表面研究方法的出現,人們可以構建模型表面進行表面催化研究,實現在原子和分子層次上對表面反應進行微觀理解。特別是以 Gerhard Ertl 教授為代表的一批科學家在這個領域中作出了開創性的成果,使得人們能夠對合成氨過程中鐵催化劑上表面催化反應的原子和分子過程有了清晰的認識。 Ertl 教授也由于他在表面化學研究領域作出開拓性貢獻獲得2007年的諾貝爾化學獎。我們看到在一個催化反應中歷經了近百年的努力,從催化劑的發現、催化過程的工業化、到催化機理的認識,這個過程中催生了三位諾貝爾獎得主,這也說明了多相催化和表面化學存在的巨大機遇和長期挑戰。 經過幾代科學家的不懈努力,表面催化已經形成了系統的理論和成熟的研究方法,為幫助人們在實際催化體系中更深入地認識表面催化的本質起到了重要作用。人們可以將這些理論和方法運用到不同的催化體系中,從而產生出更驚人的科學新發現。但是基于規整的模型表面和超高空的環境下所開展的表面催化也存在一些局限性:所研究的模型催化材料與實際催化劑相差甚遠;所要求的超高真空測試環境與實際反應下的常壓甚至高壓條件有很大差別。當前表面催化研究正在拓展到納米甚至生物領域,表面科學研究技術更多地在接近常壓條件下進行原位表征,這方面的研究近年來日新月異。 中國也是較早開始表面化學和表面催化研究的國家之一。1933年,張大煜先生在獲得德國德累斯頓工業大學博士學位后,回國在中科院大連化物所開創和發展表面催化的研究;提出了表面鍵理論的設想,并以此為指導,研制成功了合成氨新流程3個催化劑,在當時達到了國際先進水平。大連化物所郭燮賢院士先后提出了表面“空位”對吸附和催化反應作用的概念,以及氫和一氧化碳活化吸附方面的“易位吸附”和“協同機理”的新概念。復旦大學的鄧景發院士在國內較早建成了從分子水平研究表面吸附和催化過程的表面催化實驗室。當前針對表面催化研究的新形勢,一批中青年科學家正在進一步推動表面催化研究向新的領域發展,此方面的研究方興未艾,人們有理由期待新的成果和發現將不斷出現。 作者系中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員
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初高中化學學習的銜接——答題篇

初高中化學學習的銜接——答題篇

初高中化學學習銜接是由來已久的話題,對于基礎化學教育者來說不算新,但是對于每一位初中畢業生和家長來說卻是一個陌生的問題。 雖然開學上課只有短短兩節,在答題中卻出現了許多問題。今天,我們看看高一新生在化學作業完成中出現的問題,及其解決方法。 1、讀題審題能力不過關 當題目中有兩個及其以上的限制條件時,容易混淆或者落下某一限制條件。 例題1:氯化鈉中含有硫酸根雜質,應該如何除去? 分析:此問題中有幾個要求?①明顯的條件:除去硫酸根②隱藏的要求:不能引入新雜質③有利于后續分離操作。只有這幾個要求都充分考慮到了,題目才能回答正確。 2、缺乏思維的完整性 例題2:過濾和蒸發,哪種操作利用物質的溶解度進行除雜和提純? 分析:兩者雖然都與溶解度有聯系,但是蒸發是利用溶劑沸點低于固體溶質,將溶劑氣化而得到固體的方法,并不是利用溶解度進行的除雜和提純。所以,在分析問題時要有完整的思考過程,不能只看到表面而不去分析實質。 3、沒有細致認真的書寫 有些學生的理科作業字跡潦草,書寫混亂,沒有養成認真書寫的習慣,導致卷面丟分。 4、沒有反思檢查的習慣 化學選擇題會有三個選項符合題意?計算題數據古怪、離譜,填空題特別直白容易......這些都應該引起注意,很有可能你的答案正好掉進了陷井里。所以做題時務必養成反思檢查的好習慣。 5、基礎知識厚度不夠 一些學生對物質性質、方程式、簡單化學原理沒有熟練掌握,導致做題猶豫不決,漏洞百出。致使做題的準確率和速度都很低,甚至無法完成學習任務。
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有機化學知識卡片(1)

有機化學知識卡片(1)

資料卡片1:有機物的結構與有機反應 1.能使溴水褪色的有機物:不飽和烴(烯烴、炔烴、二烯烴、苯乙烯等);不飽和烴的衍生物(烯醇、烯醛、油酸、油酸鹽、油酸某酯、油等)石油產品(裂化氣、裂解氣、裂化汽油等);苯酚及其同系物(因為能與溴水取代而生成三溴酚類沉淀);含醛基的化合物;天然橡膠(聚異戊二烯)。 2.能使酸性高錳酸鉀溶液褪色的有機物:不飽和烴(烯烴、炔烴、二烯烴、苯乙烯等);苯的同系物;不飽和烴的衍生物(烯醇、烯醛、烯酸、鹵代烴、油酸、油酸鹽、油酸酯等);含醛基的有機物(醛、甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯等);石油產品(裂解氣、裂化氣、裂化汽油等);煤產品(煤焦油);天然橡膠(聚異戊二烯)。 3. 與鈉及其化合物反應的有機物: (1)與Na反應的有機物:含有—OH、—COOH的有機物。 (2)與NaOH反應的有機物:常溫下,易與含有酚羥基、—COOH的有機物反應;加熱時,能與鹵代烴、酯反應(取代反應)。 (3)與Na2CO3反應的有機物:含有酚羥基的有機物反應生成酚鈉和NaHCO3;含有—COOH的有機物反應生成羧酸鈉,并放出CO2氣體;含有—SO3H的有機物反應生成磺酸鈉并放出CO2氣體。 (4)與NaHCO3反應的有機物:含有—COOH、—SO3H的有機物反應生成羧酸鈉、磺酸鈉并放出等物質的量的CO2氣體。 4. 與銀氨溶液和新制氫氧化銅發生氧化反應的有機物:凡是分子中有醛基(-CHO)的物質,如醛、甲酸、甲酸鹽、甲酸酯、還原性糖(葡萄糖、麥芽糖等)。 5. 能發生水解反應的有機物是:鹵代烴、酯、糖類(單糖除外)、肽類(包括蛋白質)。 6.能跟FeCl3溶液發生顯色反應的是:酚類化合物。 7.能跟I2發生顯色反應的是:淀粉。 8.能跟濃硝酸發生顏色反應的是:含苯環的天然蛋白質。 資料卡片2:官能團 1. 烴的代表物的結構、特性: 類別 烷烴 烯烴 炔烴 苯及同系物 通式 CnH2n+2(n≥1) CnH2n(n≥2) CnH2n-2(n≥2) CnH2n-6(n≥6) 代表物結構式     H—C≡C—H   分子形狀 正四面體 6個原子 共平面型 4個原子 同一直線型 12個原子共平面(正六邊形) 主要化學性質 光照下的鹵代;裂化;不使酸性KMnO4溶液褪色 跟X2、H2、HX、H2O、HCN加成,易被氧化;可加聚 跟X2、H2、HX、HCN加成;易被氧化;能加聚得導電塑料 跟H2加成;FeX3催化下鹵代;硝化、磺化反應 2. 烴的衍生物結構與化學性質: 類別 通式 官能團 結構結點 主要化學性質 鹵代烴 R—X ? 鹵原子 —X 鹵素原子直接與烴基結合β-碳上要有氫原子才能發生消去反應 與NaOH水溶液共熱發生取代反應生成醇;與NaOH醇溶液共熱發生消去反應生成烯 醇 R—OH   羥基 —OH 羥基直接與鏈烴基結合,O—H及C—O均有極性 跟活潑金屬反應產生H2;跟鹵化氫或濃氫鹵酸反應生成鹵代烴;脫水反應;催化氧化為醛或酮;一般斷O—H鍵與羧酸及無機含氧酸反應生成酯 醚 R—O—R′ 醚鍵 C—O鍵有極性 性質穩定,一般不與酸、堿、氧化劑反應 酚   酚羥基 —OH —OH直接與苯環上的碳相連,受苯環影響能微弱電離。 弱酸性;與濃溴水發生取代反應生成沉淀;遇FeCl3呈紫色;易被氧化 醛  ...
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