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Lernmaterialien für Mol401 Bergler an der Universität Graz

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TESTE DEIN WISSEN

Wo findet Histonmodifizerung statt?

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TESTE DEIN WISSEN

An den Histonschwänzen. Kernhistone besitzen alle eine N terminale Verlängerung der Polypeptidkette, die aus dem Kern Histon herausragt.

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Initiation der Replikation bei Eukaryonten

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TESTE DEIN WISSEN

• Es gibt viele Origins
• ARS (autonomously replicating sequence) = AT reiche Regionen = Origins in Hefe
• OBR (Origing of bidrectional replication) Mammalia
• S-Phase
• Replikation dauert mehrere Stunden (6-8h)
• ARS von ORC (Origin recognition complex) gebunden kontrolliert von MCM
• licensing faktor = Cdc6 kommt nur bei Kernteilung aus dem Cytoplasma in den Kern und verhindert damit mehrfach Replikation ohne Zellteilung


Bestandteile des Replikationskomplexes:
• ORC Origin recogintion complex, 6 Proteine
• Cdc6 DNA Bindeprotein, AAA+
• Cdt1 gehört zur Gruppe der Cdc
• MCM2-7 Helikase
• CDK Cykline dependend kinase
• Cdc45 aktiviert durch Phosphorilierung
! Cdc laden MCM an DNA
cell divison cycle


Bildung des Präinitiationskomplexes:
1. in G1 bindet ORC an ARS/OBR und bleibt gebunden
2. Cdc6 und Cdt1 binden an ORC und ermöglichen MCMs die Bindung
3. 2xMCM-2-7-Komplex (formt einen Hexamer in Ringstruktur, Helicase)
4. CDK phosphoryliert Cdc6, welches sich daraufhin löst
5. Cdc45 bindet und die MCMs trennen die Doppelstränge
Gleichzeitig binden die DNA-Polymerasen


Regulation:

• Cykline CDK2 darf nicht aktiv sein, sonst keine Ausbildung des Pre-RC
verhindert Reinitiation

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Was ist ein Nukleosom? Welche Regionen im Nukleosom gibt es?

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Das Gebilde aus Proteinkern und DNA wird als Nucleosom bezeichnet. 

Pro Nukleosom gibt es je zwei H2A, H2B, H3 und H4 Histone, also ein Oktamer. 

H1 bindet von außen und ist ein Linker Histon - es verbindet benachbarte Regionen. Die DNA, die wo unmittelbar mit dem Histon Oktamer assoziiert ist, wird als Kern Histon bezeichnet. 

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Was ist hochrepetitive DNA?

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Als Satelliten-DNA (hoch repetitive DNA) werden in der Genetik Abschnitte im Genom von höheren Organismen (Eukaryoten) bezeichnet, die aus repetitiven, also sich wiederholenden Abfolgen der Basen der DNA bestehen. Ihren Namen haben sie erhalten, weil sich diese Bereiche

aufgrund ihrer abweichenden Basenzusammensetzung bei der Dichtegradientenzentrifugation als kleine "Satelliten"- Bande abtrennen lassen.


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Wozu sind Topoisomerasen da, wie werden sie eingeteilt und wie funktionieren sie grundsätzlich?

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Topoisomerasen=Enzyme die die DNA – Topologie verändern

Diese Enzyme sind wichtig für die Verhinderung topologischer Spannungen bei Transkription und Replikation. Bei der Replikation müssen beide Stränge gänzlich getrennt werden, wobei jeder eine neue Duplex mit dem Tochter Strang bildet. Im Falle der RNA Polymerase wird eine Region von positivem Supercoiling vor und eine Region von negativem Supercoiling hinter dem Enzym gebildet. Diese müssen aufgelöst werden bevor die positiven Supercoils die Bewegung des Enzym stoppen. 


Es gibt grundsätzlich 2 Klassen von Topoisomerasen:


•Topoisomerasen Typ I
•Topoisomerasen II (Weitere Untergliederung: A und B Topoisomerasen, E. Coli hat 4 Topoisomerasen (Topo I, III, IV und Gyrase)




Wirkung von Topoisomerase
1 auf superspiralisierte DNA. A ist am
Beginn, B nach 5 Minuten und C nach 30min


Topoisomerasen allgemein:
Jede Topoisomerase löst ihre Aufgabe über einen mehrstufigen Prozess:


1. Das Enzym bindet so an die DNA, dass eine Phosphatbrücke zwischen einer Tyrosinseitenkette im aktiven Zentrum des Enzyms und dem Phosphodiesterband der DNA gebildet werden kann.
2. Dadurch entsteht eine Lücke in der DNA, durch die ein intakter DNA-Strang geleitet werden kann oder die als eine Stelle freier Drehbarkeit dienen kann.
3. Schließlich löst sich die kovalente Protein-DNA-Bindung unter gleichzeitiger Rückbildung des Phosphodiesterbandes der DNA.
Das Öffnen und Schließen von DNA-Strängen erfordert kein ATP, da die Bildung von Tyrosin-Phosphat-Brücken zwischen Enzym und DNA keine Energie erfordert.

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Welche 5 Haupthistone gibt es?

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H1

H2A

H2B

H3

H4

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Arten der Histonmodifizierung

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Acetylierung

Methylierung

Phosphorylierung

Ubiqunintinierung

ADP Ribosylierung

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Wie ist Chromatin im Interphasenkern organisiert?

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Im Interphasenkern sind die Chromosomen weniger kondensiert und in Chromosomenterritorien organisert. 

Der Interphasenkern ist der Arbeitskern (zwischen 2 Teillungen). 

Durch die Fluoreszenz in situ Hybdridisierung sind die Chromosomen mit unterschiedlichen Fluoreszenzen gefärbt und es ist erkennbar, dass jedes Chromosom einen eigenen Platz einnimt. Der Platz den ein Chromosom einnimmt wird als Chromosomenterritorium bezeichnet. Aktive Gene befinden sich am äußeren Rand eins Chromosomenterritoriums damit sie leichter zugänglich sind für die Transkriptionsmaschinerie. 

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Änderung des Euchromatin / Hetrochromatin Status - wodurch kann das bewirkt werden

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Histonmodifizierungen

Nicht codierende RNAs

Assoziation mit Nicht Histonproteinen

Histon Substitution

DNA Methylierung

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Wie können Gene abgeschaltet werden?

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Gene können längerfristig abgeschalten werden indem das Chromatin zu Heterochromatin gepackt wird.
Durch Heterochromatin Protein (HP1)
1. HP1 bindet an H3 welches ein Methyliertes K9 enthält
2. rekrutiert HMT(Histon-Methyl-Transferase) HP1
3. dieses methyliert nächstes dadurch wird Eu- in Heterochromatin umgewandelt.
4. Endet bei Boundary-Elementen welche HATs gebunden haben und weitere methylierung verhindern

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Die Initiation der Replikation der Bakterien beschreiben. Welche Komponente sind beteiligt und deren Aufbau und die Regulation!

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Initiation generell
• von Origin ausgehend (AT reich)
• bidirektional
• semikonservativ
beginnt mit Trennung der Doppelstränge


Bakterien:
• 1 Origin = oriC = 245 bp, 4x 9bp (rechts) und 3x 13bp (links) WH bilden die Grenzen , jedes DNA Molekül mit dieser Sequenz wird repliziert
• Theta Modus


Voraussetzungen:
• Startet wenn beide DNA-Stränge methyliert sind, nach der Rep. liegen Sie hemimethyliert vor was zu- schnelle Reinitiation verhindert.
• DnaA-ATP = Licensing factor = essentiell für Rep. wird inaktiviert oder zerstört nach nach jedem Durchgang, in dem Fall inaktiviert durch Dephosphorilierrung
• Eines von den oriC umgebenden Genen muss transkribiert werden


Regulation:
• DnaA-ATP hydrolyse zu DnaA-ADP (inaktiv)
• Titration von DNaA an datA locus in der nähe von oriC (lagert sich nach der Rep dort ab und steht damit der Initiation am oriC nicht mehr zur Verfügung)
• Hemimethylierung
• DARS1 und DARS2 (= „DnaA reactivating Sequence“ = Sequenzen auf DNA die
Regenerierung von DnaA-ATP aus DnaA-ADP fördern)


Bestandteile des Replikationskomplexes:
• DnaA-ATP Helix-turn-helix DNA Bindeprotene mit AAA+ Domäne, filamentös mit ATP
• DnaB Helikase
• DnaC Hemmt Helikase
• Gyrase Macht neg. Supercoils, gleicht damit postive S. aus die sich bilden
• HU generelles DNA-Bindeprotein, nicht essentiell
• SSB Single Strand Bindeprotein, Stabilisieren ss DNA
• (DnaG Primase, ab Bindung von DnaG => Elongation)



• 4xDnaA-ATP bindet an Serie von 9 bp WH und formt einen zentralen Kern um den die DNA gewunden wird
• darauf folgt Bindung der 13 bp WH wo die DNA aufgeschmolzen wird (ATP Verbrauch) zusätzlich bildet Transkription der angrenzenden Gene Spannungen in der Doppelhelix die aufschmelzen erleichtern
• Zwei DnaB-DnaC-Komplexe ersetzen nach Aufschmelzen die DnaA-Proteine DnaB-DnaC-Komplex besteht aus 6 DnaC Monomeren und einem DnaB Hexamer
• DnaC wird unter ATP Verbrauch freigesetzt und DnaG (Primase) bildet stattdessen einen Komplex mit DnaB, und DNA-Polymerase 3 kommt hinzu
• damit sind die Replikationsgabeln gebildet und die Replikation beginnt in 2 entgegengesetzte Richtungen


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Was ist ein Replikon und Origins?

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Das Replikon ist die elementare Einheit der Replikation.

 Prokaryoten und Plasmide haben meist nur ein Replikon; dieses reicht aus, um die kleinen Genome in kurzer Zeit zu multiplizieren. Ausnahmen sind einige Bakterien und Archaeen.

 Die großen Genome der Eukaryoten sind in mehrere beziehungsweise viele Replikationsabschnitte gegliedert. Ein Replikon wird in der Regel symmetrisch aktiv, und zwar in der S-Phase, einem Zeitfenster des Zellzyklus für die DNA-Synthese.


Mitten im Replikon sitzt der Origin, der Ursprung der Replikation. Sobald der Origin aktiviert ist, wandert je eine Replikationsgabel (Wachstumsgabel) in die eine, die andere Gabel in die entgegengesetzte Richtung. Somit entspricht einer geöffneten Gabel ihre „Zwillings-Gabel“; beide entfernen sich (idealerweise) mit gleicher Geschwindigkeit vom gemeinsamen Origin. Da DNA-Polymerasen 3' → 5' replizieren, steht auf der einen Seite des Origins zuerst die HO-Matrize als Leitstrang zur Verfügung. Auf der anderen Seite des Origins wird unausweichlich der andere Strang zum Leitstrang. Das Replikon ist in beiden Richtungen vollständig repliziert, sobald jede der beiden Gabeln auf die Replikationsgabel ihres benachbarten Replikons trifft. Ein Replikon-Ende oder Terminus besitzt in der Regel keine definierte Sequenz, fordert lediglich für das Replikon eine endliche Länge. 

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  • 78 Lernmaterialien

Beispielhafte Karteikarten für deinen Mol401 Bergler Kurs an der Universität Graz - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Wo findet Histonmodifizerung statt?

A:

An den Histonschwänzen. Kernhistone besitzen alle eine N terminale Verlängerung der Polypeptidkette, die aus dem Kern Histon herausragt.

Q:

Initiation der Replikation bei Eukaryonten

A:

• Es gibt viele Origins
• ARS (autonomously replicating sequence) = AT reiche Regionen = Origins in Hefe
• OBR (Origing of bidrectional replication) Mammalia
• S-Phase
• Replikation dauert mehrere Stunden (6-8h)
• ARS von ORC (Origin recognition complex) gebunden kontrolliert von MCM
• licensing faktor = Cdc6 kommt nur bei Kernteilung aus dem Cytoplasma in den Kern und verhindert damit mehrfach Replikation ohne Zellteilung


Bestandteile des Replikationskomplexes:
• ORC Origin recogintion complex, 6 Proteine
• Cdc6 DNA Bindeprotein, AAA+
• Cdt1 gehört zur Gruppe der Cdc
• MCM2-7 Helikase
• CDK Cykline dependend kinase
• Cdc45 aktiviert durch Phosphorilierung
! Cdc laden MCM an DNA
cell divison cycle


Bildung des Präinitiationskomplexes:
1. in G1 bindet ORC an ARS/OBR und bleibt gebunden
2. Cdc6 und Cdt1 binden an ORC und ermöglichen MCMs die Bindung
3. 2xMCM-2-7-Komplex (formt einen Hexamer in Ringstruktur, Helicase)
4. CDK phosphoryliert Cdc6, welches sich daraufhin löst
5. Cdc45 bindet und die MCMs trennen die Doppelstränge
Gleichzeitig binden die DNA-Polymerasen


Regulation:

• Cykline CDK2 darf nicht aktiv sein, sonst keine Ausbildung des Pre-RC
verhindert Reinitiation

Q:

Was ist ein Nukleosom? Welche Regionen im Nukleosom gibt es?

A:

Das Gebilde aus Proteinkern und DNA wird als Nucleosom bezeichnet. 

Pro Nukleosom gibt es je zwei H2A, H2B, H3 und H4 Histone, also ein Oktamer. 

H1 bindet von außen und ist ein Linker Histon - es verbindet benachbarte Regionen. Die DNA, die wo unmittelbar mit dem Histon Oktamer assoziiert ist, wird als Kern Histon bezeichnet. 

Q:

Was ist hochrepetitive DNA?

A:

Als Satelliten-DNA (hoch repetitive DNA) werden in der Genetik Abschnitte im Genom von höheren Organismen (Eukaryoten) bezeichnet, die aus repetitiven, also sich wiederholenden Abfolgen der Basen der DNA bestehen. Ihren Namen haben sie erhalten, weil sich diese Bereiche

aufgrund ihrer abweichenden Basenzusammensetzung bei der Dichtegradientenzentrifugation als kleine "Satelliten"- Bande abtrennen lassen.


Q:

Wozu sind Topoisomerasen da, wie werden sie eingeteilt und wie funktionieren sie grundsätzlich?

A:

Topoisomerasen=Enzyme die die DNA – Topologie verändern

Diese Enzyme sind wichtig für die Verhinderung topologischer Spannungen bei Transkription und Replikation. Bei der Replikation müssen beide Stränge gänzlich getrennt werden, wobei jeder eine neue Duplex mit dem Tochter Strang bildet. Im Falle der RNA Polymerase wird eine Region von positivem Supercoiling vor und eine Region von negativem Supercoiling hinter dem Enzym gebildet. Diese müssen aufgelöst werden bevor die positiven Supercoils die Bewegung des Enzym stoppen. 


Es gibt grundsätzlich 2 Klassen von Topoisomerasen:


•Topoisomerasen Typ I
•Topoisomerasen II (Weitere Untergliederung: A und B Topoisomerasen, E. Coli hat 4 Topoisomerasen (Topo I, III, IV und Gyrase)




Wirkung von Topoisomerase
1 auf superspiralisierte DNA. A ist am
Beginn, B nach 5 Minuten und C nach 30min


Topoisomerasen allgemein:
Jede Topoisomerase löst ihre Aufgabe über einen mehrstufigen Prozess:


1. Das Enzym bindet so an die DNA, dass eine Phosphatbrücke zwischen einer Tyrosinseitenkette im aktiven Zentrum des Enzyms und dem Phosphodiesterband der DNA gebildet werden kann.
2. Dadurch entsteht eine Lücke in der DNA, durch die ein intakter DNA-Strang geleitet werden kann oder die als eine Stelle freier Drehbarkeit dienen kann.
3. Schließlich löst sich die kovalente Protein-DNA-Bindung unter gleichzeitiger Rückbildung des Phosphodiesterbandes der DNA.
Das Öffnen und Schließen von DNA-Strängen erfordert kein ATP, da die Bildung von Tyrosin-Phosphat-Brücken zwischen Enzym und DNA keine Energie erfordert.

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Q:

Welche 5 Haupthistone gibt es?

A:

H1

H2A

H2B

H3

H4

Q:

Arten der Histonmodifizierung

A:

Acetylierung

Methylierung

Phosphorylierung

Ubiqunintinierung

ADP Ribosylierung

Q:

Wie ist Chromatin im Interphasenkern organisiert?

A:

Im Interphasenkern sind die Chromosomen weniger kondensiert und in Chromosomenterritorien organisert. 

Der Interphasenkern ist der Arbeitskern (zwischen 2 Teillungen). 

Durch die Fluoreszenz in situ Hybdridisierung sind die Chromosomen mit unterschiedlichen Fluoreszenzen gefärbt und es ist erkennbar, dass jedes Chromosom einen eigenen Platz einnimt. Der Platz den ein Chromosom einnimmt wird als Chromosomenterritorium bezeichnet. Aktive Gene befinden sich am äußeren Rand eins Chromosomenterritoriums damit sie leichter zugänglich sind für die Transkriptionsmaschinerie. 

Q:

Änderung des Euchromatin / Hetrochromatin Status - wodurch kann das bewirkt werden

A:

Histonmodifizierungen

Nicht codierende RNAs

Assoziation mit Nicht Histonproteinen

Histon Substitution

DNA Methylierung

Q:

Wie können Gene abgeschaltet werden?

A:

Gene können längerfristig abgeschalten werden indem das Chromatin zu Heterochromatin gepackt wird.
Durch Heterochromatin Protein (HP1)
1. HP1 bindet an H3 welches ein Methyliertes K9 enthält
2. rekrutiert HMT(Histon-Methyl-Transferase) HP1
3. dieses methyliert nächstes dadurch wird Eu- in Heterochromatin umgewandelt.
4. Endet bei Boundary-Elementen welche HATs gebunden haben und weitere methylierung verhindern

Q:

Die Initiation der Replikation der Bakterien beschreiben. Welche Komponente sind beteiligt und deren Aufbau und die Regulation!

A:

Initiation generell
• von Origin ausgehend (AT reich)
• bidirektional
• semikonservativ
beginnt mit Trennung der Doppelstränge


Bakterien:
• 1 Origin = oriC = 245 bp, 4x 9bp (rechts) und 3x 13bp (links) WH bilden die Grenzen , jedes DNA Molekül mit dieser Sequenz wird repliziert
• Theta Modus


Voraussetzungen:
• Startet wenn beide DNA-Stränge methyliert sind, nach der Rep. liegen Sie hemimethyliert vor was zu- schnelle Reinitiation verhindert.
• DnaA-ATP = Licensing factor = essentiell für Rep. wird inaktiviert oder zerstört nach nach jedem Durchgang, in dem Fall inaktiviert durch Dephosphorilierrung
• Eines von den oriC umgebenden Genen muss transkribiert werden


Regulation:
• DnaA-ATP hydrolyse zu DnaA-ADP (inaktiv)
• Titration von DNaA an datA locus in der nähe von oriC (lagert sich nach der Rep dort ab und steht damit der Initiation am oriC nicht mehr zur Verfügung)
• Hemimethylierung
• DARS1 und DARS2 (= „DnaA reactivating Sequence“ = Sequenzen auf DNA die
Regenerierung von DnaA-ATP aus DnaA-ADP fördern)


Bestandteile des Replikationskomplexes:
• DnaA-ATP Helix-turn-helix DNA Bindeprotene mit AAA+ Domäne, filamentös mit ATP
• DnaB Helikase
• DnaC Hemmt Helikase
• Gyrase Macht neg. Supercoils, gleicht damit postive S. aus die sich bilden
• HU generelles DNA-Bindeprotein, nicht essentiell
• SSB Single Strand Bindeprotein, Stabilisieren ss DNA
• (DnaG Primase, ab Bindung von DnaG => Elongation)



• 4xDnaA-ATP bindet an Serie von 9 bp WH und formt einen zentralen Kern um den die DNA gewunden wird
• darauf folgt Bindung der 13 bp WH wo die DNA aufgeschmolzen wird (ATP Verbrauch) zusätzlich bildet Transkription der angrenzenden Gene Spannungen in der Doppelhelix die aufschmelzen erleichtern
• Zwei DnaB-DnaC-Komplexe ersetzen nach Aufschmelzen die DnaA-Proteine DnaB-DnaC-Komplex besteht aus 6 DnaC Monomeren und einem DnaB Hexamer
• DnaC wird unter ATP Verbrauch freigesetzt und DnaG (Primase) bildet stattdessen einen Komplex mit DnaB, und DNA-Polymerase 3 kommt hinzu
• damit sind die Replikationsgabeln gebildet und die Replikation beginnt in 2 entgegengesetzte Richtungen


Q:

Was ist ein Replikon und Origins?

A:

Das Replikon ist die elementare Einheit der Replikation.

 Prokaryoten und Plasmide haben meist nur ein Replikon; dieses reicht aus, um die kleinen Genome in kurzer Zeit zu multiplizieren. Ausnahmen sind einige Bakterien und Archaeen.

 Die großen Genome der Eukaryoten sind in mehrere beziehungsweise viele Replikationsabschnitte gegliedert. Ein Replikon wird in der Regel symmetrisch aktiv, und zwar in der S-Phase, einem Zeitfenster des Zellzyklus für die DNA-Synthese.


Mitten im Replikon sitzt der Origin, der Ursprung der Replikation. Sobald der Origin aktiviert ist, wandert je eine Replikationsgabel (Wachstumsgabel) in die eine, die andere Gabel in die entgegengesetzte Richtung. Somit entspricht einer geöffneten Gabel ihre „Zwillings-Gabel“; beide entfernen sich (idealerweise) mit gleicher Geschwindigkeit vom gemeinsamen Origin. Da DNA-Polymerasen 3' → 5' replizieren, steht auf der einen Seite des Origins zuerst die HO-Matrize als Leitstrang zur Verfügung. Auf der anderen Seite des Origins wird unausweichlich der andere Strang zum Leitstrang. Das Replikon ist in beiden Richtungen vollständig repliziert, sobald jede der beiden Gabeln auf die Replikationsgabel ihres benachbarten Replikons trifft. Ein Replikon-Ende oder Terminus besitzt in der Regel keine definierte Sequenz, fordert lediglich für das Replikon eine endliche Länge. 

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