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文档简介

细胞的基本结构和物质的运输

第1课时细胞膜的结构和功能

【课标要求】概述细胞都由细胞膜包裹,细胞膜将细胞与其生活环境分开,能控制物质进出,

并参与细胞间的信息交流。

■梳理归纳夯实必备知识

1.细胞膜的功能

将细胞与外界环境分隔开,保障细胞内部环境'

的相对稳定

(

动f化学物质传递

制((如激素)

膜通道传递

-的

输(<(如胞间连丝)

I功

崎HI

乔I

细接触传递(如精卵

1交

Ml流结合、靶细胞与细

J

•胞毒性T细胞接触)

2.细胞膜的成分

⑴细胞膜成分的探索

科学家实验方法或现象实验结论

溶于脂质的物质,容易穿过细胞膜;丕

欧文顿推测细胞膜是由脂质组成的

溶于脂质的物质,不容易穿过细胞膜

利用哺乳动物的红细胞,通过一定的方组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固

法制备出纯净的细胞膜,进行化学分析醺,其中磷脂含量最多

用丙酮从人的红细胞中提取脂质,在空

戈特和格推断细胞膜中的磷脂分子必然排

气一水界面上铺展成单分子层,测得单

伦德尔列为连续的两层

层分子的面积为红细胞表面积的2倍

丹尼利和细胞的表面张力明显低于油一水界面推测细胞膜除含脂质分子外,可能

戴维森的表面张力还附有蛋白质

【思维发散】不同动物的红细胞比较

年储存血红蚤白,运输O.

结构无细胞核,无各种细胞器,高度分

一化,不再分裂

「渗透吸水、失水实骁

哺乳坦用丙酮提取其磷脂分子铺展于空

动物

:气一水界面上,探知群脂分子在

红〔膜中呈双层分布

,地

■■­.旧

呼吸只进行产乳酸的无氧呼吸.不产

j::

r生CO2

打.因基因突变可导致血红蛋白异常,

K

从而表现出镣状细腿贫血

疾病

因缺Fe?♦可导致血红蛋白减少.

表现为缺铁性贫血,进而导致运

输Oz不足,出。乳酸中毒

蛙的红细胞有细胞核.可通过无丝分裂进行增殖

特点有较大细胞核,及各种细胞器

.魁的(度粒体尤为丰富)

红细疱实验

可用于粗提取DNA

⑵细胞膜成分组成

脂质:主要是磷脂,动物细胞膜还彳i胆冏醉

蛋白质:在细胞膜行使功能时起重要作用,

功能越复杂的细胞膜,蛋门质的种类和数

量糖越堇多(少量):与蛋白质(脂质)结合形成

f一糖蛋白(糖脂)

-教材隐性知识

源于必修IP,2:磷脂是一种由甘油、脂肪酸、磷酸等组成的分子,磷酸“头部”是亲水

勤两个脂肪酸一端为疏水的“尾”部。

3.细胞膜的结构

⑴对细胞膜结构的探索(连线)

实例(实验)结论(假说)

①用丙酮从人的红细a.所有细胞膜都由蛋

胞中提取脂质,在空白质一脂质一蛋白

气一水界面匕铺展成质三层结构构成

单分子层,可得其面

枳恰是红细胞点面枳

的2倍

b.细胞膜中的磷脂分

②电镜下看到细胞膜子必然排列为连续

呈清晰的暗一亮一暗的两层

的三层结构

③小鼠细胞与人细胞

融合实验以及相关的,3提出流动镶嵌模型

其他实验证据

④1972年,辛格和尼科

一件

尔森不断观察和实验

■教材隐性知识・

源于必修1PM“科学方法”:细胞膜结构模型的探索过程,反映了科学方法一一提出假

说的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说,再用进

一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。

(2疏动镶嵌模型示意图

磷脂双分子层:构

成膜的基本支架

蛋向质分子:

行使膜的主要

功能

-教材隐性知识

①源于必修1P45"正文小字部分”:细胞膜外表面与蛋白质或脂质结合的糖类分子叫作糖

被,其与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。

②源于必修IP45“旁栏思考”:虽然细胞膜内部分是疏水的,水分子仍能跨膜运输的原因:

一是水分子极小,可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙;二是细胞膜上存在水通道蛋白,

水分子可以通过通道蛋白通过细胞膜。

③源于必修1P46”练习与应用柘展应用”:由磷脂分子构成的脂质体,它可以作为药物的

运载体,将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中,能在水中结晶的药物被包在双分子

层中,脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。由于脂质体是磷脂双分子层构成的,到达细

胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合,也可能会以胞吞的方式进入细胞,从而使药物在细胞

内发挥作用。

(3磔胞膜的结构和功能特点

-内容--具有流动性

原因构成膜的磷脂双分子层具一流动性.

构大多数蛋一质分子也是可以运动的

点实例质壁分离、变形虫运动、胞吞和胞

-一吐、细胞融合、白细胞的吞噬作用等

影响因案.温度;一定范围内,温度升高,膜流

一动性加快

内容•具有选择透过性

水分子、被选择的离子和小分子可

功.现•以通过,大分子、不被选择的离子

和小分子不能通过

原因遗传性K载体的种类和数国:

"-选择性

卫J用台盼蓝染色法判断细胞的死活

4.植物细胞的细胞壁(不是植物细胞”系统的边界”)

।成分主要是纤维素和果胶

黑令城场版与高尔基体有关

细胞去除方法酣解法(纤维素酶和果胶酣)

的细功能支持与保护作用

提醒不同生物细胞壁的主要成分不同,植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,细菌细胞

壁的主要成分是肽聚糖,而真菌细胞壁的主要成分是几丁质。溶菌酶可以水解肽聚糖而不能

水解几丁质,所以溶菌酶能杀死细菌,却对真菌基本没作用。

■考向突破强化关键能力

考向一细胞膜的成分、结构和功能

1.人肺上皮细胞的细胞膜上有与新冠病毒结合的蛋白受体。研究人员将此细胞膜套在纳米粒

子(一种可降解的高分子有机物)外,研制出一种可以“吸走”新冠病毒的细胞纳米海绵。实

验显示新冠病毒无法区分细胞纳米海绵和人肺上皮细胞。这一结果体现细胞膜具有()

A.流动性B.选择透过性

C.屏障作用D.信息交流作用

答案D

2.膜蛋白是细胞膜的重要组成部分,下图所示为膜上各种蛋白及其功能。下列相关叙述不正

确的是()

A.跨膜蛋白的疏水区和亲水区分别位于磷脂双分子层内部和两侧

B.转运蛋白协助各种物质进出细胞,此过程均需消耗能量

C.膜蛋白的种类和含量决定了细胞膜功能的复杂程度

D.受体能结合某些激素分子实现细胞间的信息交流

答案B

解析协助扩散也需要转运蛋白的协助,不需要消耗能量,B错误。

【归纳总结】常考的“膜蛋白”

3.近年来,科研人员对多种细胞膜结构进行了系统深入研究,统一了多种模型观点,阐明细

胞膜的多种特征,如磷脂双分子层结构、流动镶嵌性、内外膜非对称性、不同功能细胞膜的

差异性等。下图为科研人员提出的哺乳动物组织的细胞膜模型,研究发现,哺乳动物有核组

织细胞膜外多了一层致密的蛋白层,而细胞膜内侧相对粗糙,下列相关叙述不正确的是()

A.图中③为该模型的基本支架,具有一定的流动性

B.图中a侧为细胞膜的外侧,该侧还应该含有糖类分子

C.图中①为通道蛋白,是部分离子和小分子物质自由进出细胞的通道

D.哺乳动物有核组织的细胞膜与红细胞膜在结构上可能存在差异

答案C

解析细胞膜具有选择透过性,离子和小分子物质不能自由进出细胞,C错误。

考向二细胞膜的结构特点和功能特性

4.光脱色恢复技术是细胞学上研究膜蛋白或膜的特性的基本实验技术之一。用荧光素标记细

胞膜蛋白或膜脂,然后用激光束照射细胞表面某一区域,使被照射区的荧光淬灭变暗形成一

个漂白斑。一段时间后,淬灭区域的亮度逐渐增加,最后恢复到与周围的荧光强度相等。下

列相关说法错误的是()

A.该技术与荧光标记的人一鼠细胞融合实验都能证明细胞膜具有流动性

B.根据荧光恢复的速度可以推算出细胞膜蛋白扩散速度,且改变温度,不会影响实验结果

C.若用药物抑制细胞能量转换而对荧光恢复速度没有影响,则说明细胞膜蛋白的运动不需

要细胞代谢提供能量

D.若用荧光抗体标记特异的细胞膜蛋白,则有的漂白斑可以恢复亮度,有的不能

答案B

5.下图为细胞膜上承担物质运输的两类蛋白质及其功能示意图。两类蛋白质结构或功能的不

同是()

玦5辘

K.

钾通道

A.氨基酸种类、数目、排列顺序

B.结构贯穿细胞膜内外

C.进行离子的跨膜运输

D.具有选择透过性

答案A

解析从题图中得出,二者均为贯穿膜内外的蛋白,B不符合题意;钠钾泵运输钠、钾离子,

钾通道运输钾离子,均可进行离子跨膜运输,C不符合题意;二者均只能运输特定离子,体

现了选择透过性,D不符合题意。

重温高考真题演练

1.(2021浙江6月选考,4改编)细胞膜的流动镶嵌模型如图所示。下列叙述正确的是()

A.磷脂和糖脂分子形成的磷脂双分子层是完全对称的

B.胆固醇镶嵌或贯穿在膜中利于增强膜的流动性

C.物质进出细胞方式中的被动运输过程与膜蛋白无关

D.有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学信号

答案D

解析磷脂双分子层不包括膜蛋白,是在有水的环境中自发形成的,由磷脂分子的物理性质

和化学性质决定的,但具有识别作用的糖脂分子只分布在细胞膜的外侧,故磷脂双分子层是

不完全对称的,A错误;磷脂的尾部与胆固醇一起存在于磷脂双分子层的内部,而非镶嵌或

贯穿在膜中,且由于胆固醇是“刚性的”,会限制膜的流动性,B错误;物质进出细胞方式

中的被动运输包括自由扩散和协助扩散,其中协助扩散需要转运蛋白,即与膜蛋白有关,C

错误。

2.(2018天津,3)生物膜上不同类型的蛋白质行使不同的功能。下表中依据膜蛋白功能,对

其类型判断错误的是()

选项膜蛋白的位置、功能膜蛋白的类型

A位于突触后膜,识别并结合神经递质受体

B位于靶细胞膜,识别并结合激素载体

C位于类囊体薄膜,催化ATP合成酶

D位于癌细胞膜,引起特异性免疫抗原

答案B

解析膜蛋白的功能多种多样,位于突触后膜上的受体可识别并结合神经递质;位于靶细胞

膜上的受体可以识别并结合激素;位于类囊体薄膜上的酶可以催化ATP的合成;位于癌细胞

膜上的抗原可以引发机体产生特异性免疫。

3.(2016全国III,1)下列有关细胞膜的叙述,正确的是()

A.细胞膜两侧的离子浓度差是通过自由扩散实现的

B.细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能相同

C.分泌蛋白分泌到细胞外的过程存在膜脂的流动现象

D.膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的

答案C

解析主动运输可以使离子从低浓度一侧向高浓度一侧运输,以保证活细胞能够按照生命活

动的需要,主动选择吸收所需要的营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质,所以细胞

膜两侧的离子浓度差是通过主动运输实现的,A项错误;细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋

白质的功能不完全相同,例如细胞膜上有糖蛋白,线粒体膜上有与有氧呼吸有关的酶等,B

项错误;膜中的磷脂分子是由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的,胆固醇属于固醇类物质,固醇

与磷脂都属于脂质,D项错误。

4.(2021辽宁,18改编)肝癌细胞中的M2型丙酮酸激酶(PKM2)可通过微囊泡的形式分泌,

如下图所示。微囊泡被单核细胞摄取后,PKM2进入单核细胞内既可催化细胞呼吸过程中丙

酮酸的生成,又可诱导单核细胞分化成为巨噬细胞。巨噬细胞分泌的各种细胞因子进一步促

进肝癌细胞的生长增殖和微囊泡的形成。下列有关叙述不正确的是()

细胞因无SO分化

肝癌细胞微囊泡单核细胞

A.微囊泡的形成依赖于细胞膜的流动性

B.单核细胞分化过程中进行了基因的选择性表达

C.PKM2主要在单核细胞的线粒体基质中起催化作用

D.细胞因子促进肝癌细胞产生微囊泡属于正反馈调节

答案C

解析微囊泡是细胞膜包裹PKM2形成的囊泡,该过程依赖于细胞膜的流动性,A正确;分

化的实质为基因的选择性表达,B正确;PKM2可催化细胞呼吸过程中丙酮酸的生成,故主

要在单核细胞的细胞质基质中起催化作用,C错误。

五分钟查落实

1)

2.生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定(V)

3.细胞膜的成分是恒定不变的(X)

4.细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构(义)

5.细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的(V)

6.胰岛B细胞分泌胰岛素依赖于细胞膜的流动性(V)

二、填空默写

1.双'修1PM〜4)细胞膜的功能:将细胞与外界环境分隔开;控制物质进出细胞;进行细胞

间的信息交流。

2.吩修IP43)细胞膜主要由脂质和蛋白质组成,此外还有少量糖类;功能越复杂的细胞膜,

蛋白质的种类与数量越多。

3.戌修1P1细胞膜的结构特点是具有流动性,主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由

移动,膜中的蛋白质大多也能运动。

4.说修1P,)糖被:细胞膜的外表面与蛋白质或脂质结合的糖类分子,其与细胞表面的识别、

细胞间的信息传递等功能有密切关系。

课时精练

一、选择题

1.下图是细胞膜部分功能模式图。据图分析,下列说法错误的是()

①边界与通②运输作用③信号检测④细胞

透性障碍间通讯

A.功能①保障细胞内部环境的相对稳定且在生命起源过程中具有关键作用

B.功能②表示进入细胞的物质对细胞有利,而且细胞膜对物质进出细胞的控制是绝对的

C.激素调控生命活动有一部分可用功能③表示,如胰高血糖素

B

解析②表示细胞膜控制物质进出细胞,一般是吸收有利物质,但有些有害物质也能进

出细胞,说明控制物质进出细胞是相对的,B错误。

2.下列关于细胞膜结构和功能的叙述,不正确的是()

A.哺乳动物成熟的红细胞是制备细胞膜的良好材料

B.功能越复杂的细胞膜,其上蛋白质的种类和数量越多

C.细胞膜的功能之一是作为系统的边界,维持细胞内部环境的稳定

D.科研上鉴别死细胞和活细胞常用台盼蓝染色法,活的动物细胞会被染成蓝色

答案D

解析活细胞的细胞膜具有选择透过性,台盼蓝不能进入活细胞中,而死亡细胞没有选择透

过性,台盼蓝能进入死细胞中,因此用台盼蓝染色,活细胞不会被染色,死细胞会被染成蓝

色,D错误。

3.(2022山东青岛市检测)外泌体是机体内大多数细胞能够分泌的一种微小膜泡,具有脂质双

层膜,广泛分布于体液中,可通过其携带的蛋白质、核酸、脂类等物质调节靶细胞的代谢活

动,形成了一种全新的细胞间信息传递系统。下列分析错误的是()

A.外泌体膜蛋白与靶细胞膜蛋白结合,是完成细胞间信息传递的前提

B.外泌体膜可与靶细胞膜直接融合,释放其所含的蛋白质、核酸、脂类等物质

C.外泌体的功能取决于来源的细胞类型,分泌量在一定程度上反映出细胞的生理状况

D.来源于肿瘤细胞的外泌体,能通过信息传递抑制肿瘤细胞的迁移与生长

答案D

解析来源于肿瘤细胞的外泌体,会调节靶细胞的代谢活动,不能抑制肿瘤细胞的迁移与生

长,D错误。

4.研究发现,衰老细胞的细胞膜中磷脂分子的脂肪酸尾被“冻结”,完全不能自由移动,使

埋藏于其中的蛋白质也不能运动。据此分析,下列叙述错误的是()

A.磷脂分子的流动性能影响膜蛋白的功能

B.衰老细胞细胞膜的物质运输功能下降

C.衰老细胞细胞膜的信息交流功能不受影响

D.在机械刺激或压迫下,衰老细胞的细胞膜易破裂

答案C

5.下列有关细胞膜结构或功能的分析,正确的是()

B.在生物体的不同细胞中,细胞膜功能的多样性决定了细胞膜结构的多样性

C.由于细胞膜对Na+具有选择透过性,所以细胞膜上帮助Na+跨膜的蛋白质只有一种

D.膜的选择透过性既与其中磷脂分子对水的亲疏有关,又与蛋白质的种类和结构有关

D

解析说明膜中多糖的水解产物是还原糖,

但不能说明其单体是葡萄糖,A错误;在生物体的不同细胞中,细胞膜中蛋白质的种类和数

目多种多样决定了细胞膜功能的多样,B错误;细胞膜上帮助Na+跨膜的蛋白质可能是载体

蛋白,也可能是通道蛋白,C错误。

6.膜蛋白是一类结构独特的蛋白质,它镶嵌于膜脂的特性使这一蛋白处于细胞与外界的交界

部位,是细胞膜执行各种功能的物质基础。下图为细胞膜上3种膜蛋白与磷脂双分子层之间

的直接相互作用模式。下列相关叙述,错误的是()

蛋白A蛋白B

A.蛋白A和B的跨膜区段的氨基酸很可能具有较强的亲水性

B.如膜蛋白A具有信息传递功能,则该蛋白可能是促性腺激素的受体

C.如蛋白B具有运输功能,其运输物质的过程中可能消耗ATP

D.如蛋白C具有催化功能,其活性的高低受温度、pH等因素的影响

答案A

解析磷脂双分子层内部是疏水性的,所以A与B两种蛋白的跨膜区段的氨基酸可能具有较

强的疏水性,A错误。

7.(2022长治市高三质检)科学家设计的仅1纳米宽的分子转子,与特定的靶细胞结合后,该

转子可由紫外光驱动,能以每秒200〜300万的转速进行旋转,从而在单个细胞的膜上钻孔。

下列分析不合理的是()

0蛰

A.通过分子转子,有望将治疗试剂运送到癌细胞诱导其凋亡

C.能否成为分子转子的靶细胞,很可能与细胞表面的糖蛋白有关

D.通过分子转子得到的细胞膜上的钻孔功能与通道蛋白完全相同

D

8.下图所示脂质体是一种人工膜,主要由磷脂组成,下列说法不正确的是()

A.脂质体表面交联抗体是为利用其高度特异性

B.脂质体的形成与磷脂头的亲水性和磷脂尾的疏水性有关

C.a和b均为极性的水溶性药物

D.利用脂质体转运药物利用了膜的流动性

答案C

9.生物膜是由脂类、蛋白质以及糖等组成的超分子体系,膜蛋白是生物膜功能的主要体现者,

膜蛋白可分为外周膜蛋白和内在膜蛋白,内在膜蛋白部分或全部嵌入膜内,有的跨膜分布,

如受体、载体、通道、离子泵、酶等,外周膜蛋白是指通过与膜脂的极性头部或内在膜蛋白

的离子相互作用、形成氢键,与膜的内、外表面弱结合的膜蛋白。下列分析错误的是()

A.内在膜蛋白分布在膜的内侧,与膜结合紧密;外周膜蛋白分布在膜外,结合弱

B.膜蛋白是生物膜功能的主要体现者,其功能主要由内在膜蛋白体现

C.为证明细胞膜具有流动性,1970年科学家用荧光标记法标记人和小鼠细胞表面的膜蛋白

D.载体、通道、离子泵等膜蛋白的存在,是细胞膜具有选择透过性的重要原因

答案A

解析

膜内,有的跨膜分布,外周膜蛋白是指通过与膜脂的极性头部或内在膜蛋白的离子相互作用、

形成氢键,与膜的内、外表面弱结合的膜蛋白,A错误;内在膜蛋白包含了受体、通道、酶

等,与细胞膜的控制物质进出细胞、细胞间信息传递等功能有关,B正确;科学家用荧光标

记的方法,证明细胞膜具有流动性,C正确。

10.在流动镶嵌模型提出后,研究人员又提出了脂筏模型:脂筏是细胞膜上富含胆固醇和鞘

磷脂的微结构域,其中的胆固醇就像胶水一样,对鞘磷脂亲和力很高,并特意吸收或排除某

些蛋白质,形成一些特异蛋白聚集的区域,结构模型如下图所示,下列叙述不正确的是()

胆固醇赢蚪

A

B.脂筏的存在不影响膜的流动性

C.破坏胆固醇会导致脂筏结构解体

D.脂筏可能与细胞间的信息传递有关

B

n.哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和具膜的细胞器,是研究膜结构功能的常用材料。当成

熟红细胞破裂时,仍然保持原本的基本形态和大小,这种结构称为红细胞影,其部分结构如

图所示。下列有关叙述错误的是()

A.构成红细胞膜的基本支架是磷脂双分子层

B.红细胞膜上有多种蛋白质,其中B蛋白与多糖结合,与信息交流有关

C.膜上G蛋白与跨膜运输有关,同时兼有催化功能

D.当血浆中胆固醇浓度升高,会导致更多的胆固醇插入到红细胞膜上,使细胞膜流动性增大

答案D

解析红细胞通过主动运输排出Na+吸收K+,维持红细胞内高K+低Na+的离子浓度梯度,

G蛋白的功能有两个,运输离子和催化ATP水解,C正确;当血浆中胆固醇浓度升高,会导

致更多的胆固醇插入到红细胞膜上,使细胞膜流动性降低,变得刚硬易破,D错误。

12.荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用,包括三个步骤:绿色荧光染料与膜

上的蛋白质结合,细胞膜上呈现一定强度的绿色;激光照射淬灭(漂白)膜上部分绿色荧光;

检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲,结果如图乙。下列说法不正确的是()

oe©

u时间

甲乙

A

B.应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的流动速率

C.降低实验温度,漂白区域荧光强度恢复到F2的时间将延长

D.理论分析,漂白区域恢复足够长的时间,荧光强度F2仍小于F]

B

解析

的流动速率,B错误;激光照射淬灭(漂白)膜上部分绿色荧光,该部分荧光不可恢复,漂白

区域恢复足够长的时间后,其荧光强度F2小于漂白前的荧光强度FjD正确。

二、非选择题

13.(2022青岛即墨区高三期中)细胞膜是富有弹性的半透性膜,膜厚8〜10nm,结构功能复

杂,是细胞生命系统的边界。请回答有关哺乳动物成熟红细胞膜的相关问题:

(1周学家用丙酮从成熟红细胞中提取所有磷脂并铺成单分子层,其面积正好为红细胞细胞膜

面积的两倍。其原因是:①____________________________________________________

_________________________;②________________________________________________

(2科学家研究发现,红细胞膜的跨膜蛋白中,有一种与水的跨膜运输有关的水通道蛋白。从

细胞膜的结构分析,由于的原因,水分子自由扩散

通过细胞膜时会受到一定的阻碍。现在研究确认,细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低

渗溶液向高渗溶液方向跨膜运输,这种水分子跨膜运输的方式是

(3牖乳动物红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破,有人推测这可能与水通道蛋白有关。请设

计实验,验证这个推测是正确的。

实验思路:__________________________________________________________________

预期实验结果:。

答案(1XD哺乳动物成熟红细胞的膜结构只有细胞膜(或没有除细胞膜之外的其他膜结构)

②细胞膜由双层磷脂分子构成(2麟脂双分子层内部具有疏水

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