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Introdução à biologia celular- aula 1 1) História das células · 1674 - Antony Van Leewwenhoek Primeiro que viu células vivas Glóbulos vermelhos, espermatozoide e espécies bacterianas 2) Teoria Celular · 1839 – Schwann e Schleiden + Virchow (em 1858) Schwann = animais são feitos de células Schleiden = plantas são feitas de células Virchow = células surgem de outras já existentes · A teria celular é: · Todos organismos vivos são formados por células · Célula é a unidade básica da vida · Células surgem de outras já pré-existentes 3) Seres unicelulares · Mais simples · Exemplo: Procariontes · Procariontes: · Sem núcleo · DNA disperso pelo citoplasma · Membrana plasmática envolve o citoplasma e o DNA · Parede Celular envolve a Membrana Plasmática · Exemplos: Bactérias (presentes em superfícies, alimentos, causam doenças) e Archaeas (presente nos mesmos lugares de bactérias e em ambientes hostis) · Formatos de bactérias: · Esféricas ex:Streptococcus · Bastões ex:Escherichia colli · Espirais ex:Treponema pallidum 4) Seres multicelulares · Organismos mais superiores · Mais de 200 tipos de células · Forma e tamanho de células variam · Células eucariontes · Tem núcleo · Possuem várias organelas · Possui membrana externa (a membrana plasmática) e membranas internas (ao redor de organelas) 5) As organelas · Núcleo · Deposito de informações genéticas da célula · Envelope nuclear envolve (2 membranas concêntricas) · 10% do volume celular · Moléculas de DNA · Mitocôndrias · Produz energia química (ATP) para as células · Tem seu próprio DNA · Tem duas membranas (a membrana interna tem dobras projetadas para dentro) · Se reproduzem: mitose · Teoria endossimbiótica: As mitocôndrias vieram de alguma bactéria e foram englobadas por uma célula eucariótica ancestral · Retículo Endoplasmático · Realiza a síntese da maioria de componentes da membrana e materiais que tem destino de exportação · Tem liso e rugoso · Aparelho de Golgi / Complexo de Golgi · Pilhas de sacos achatados envolvidos por membranas · Recebe (e pode modificar) as moléculas que são sintetizadas nos retículos endoplasmáticos, direcionando para outros lugares da célula ou para fora dela · Lisossomos · Pequeno e irregular · Faz a digestão intracelular (de moléculas introduzidas ou das próprias organelas celulares) · Tem enzimas hidrolíticas · Peroxissomos · Meio de formação e degradação de peróxidos de hidrogênio · Pequena · Tem enzimas (pode degradas moléculas estranhas que entram na célula, tipo álcool e fármacos) · Vesículas · Realizam as trocas de materiais entre o R.E. com o Aparelho de Golgi, os lisossomos, e importação/exportação da célula com o meio extra celular · Aparecem e somem · Citosol · Local de ocorrer reações químicas · Tem moléculas grandes e pequenas intimamente associadas: formam um “gel” · Tem ribossomos livres · Ribossomos · Pequenos sacos que fazem a síntese proteica · Citoesqueleto · São filamentos longos e compridos de proteínas ex: filamento de actina, microtúbulos e filamentos intermediários · Reforço mecânico · Controla formato · Dirige movimentos celulares 6) Organelas especiais de células vegetais · Cloroplasto · Permite a obtenção de energia pela luz solar · Grande · Verde · Tem duas membranas · Clorofila = pilhas internas de membranas com pigmento verde · Vacúolos · Armazenam água que entra nas células 7) A química das células · Macromoléculas · moléculas com alto peso molecular · polímeros (repetição de monômeros) · Monômeros iguais = homopolímeros (ex: glicogênio) · Monômeros diferentes = heteropolímeros (ex: ác. Nucléicos) · Biopolímeros: polímeros encontrados nos seres vivos ( ex: proteínas, ác. Nucleicos, carboidratos...) · Hidrogênio, oxigênio, carbono e nitrogênio formam 99% das massas celulares · Oxigênio, silício, sódio e alumínio formam a crosta terrestre e seres inanimados · Água: · 70% das células · Local de reações intracelulares · Açúcares, DNA, RNA, e algumas proteínas são hidrofílicas · Hidrocarbonetos são hidrofóbicos · Unidades construtivas e suas grandes unidades · Açúcares -> polissacarídeo · Ác. Graxos -> membranas, gorduras e lipídeos · Aminoácidos -> proteínas · Núcleotídeos -> Ác. Nucléicos · Açúcares · Forma carboidratos · Fórmula geral: (CH2O)n · Fonte de energia para células · Reação de condensação: união de monossacarídeos por ligações covalentes, sempre libera uma H2O · Dissacarídeo = sacarose (α – glicose + β – frutose) · Polissacarídeos = glicogênio, amido... · Oligossacarídeos = cadeias mais curtas · Ácidos graxos · É ácido carboxílico com caudas hidrocarbonadas longas · São reservas concentradas de alimento nas células · Ác. Oleíco = insaturado · Ác. Esteárico = saturado · Quando degradado produz 6 vezes mais energia do que a degradação da glicose · Ficam armazenados no citoplasma como gotículas de moléculas de triglicerídeos · Formação de membranas: fosfolipídeos (Ác. Graxo + Glicerol) Cabeça: glicerol Caudas: Ác. Graxos · Aminoácidos · Estrutura: · Aminoácidos se diferenciam pelo grupo R · Existem 20 aminoácidos comuns nas proteínas · Classificação varia com o radical (polar sem carga, apolar e alifático, aromático, polar carregado positivamente, polar carregado negativamente) · Ligação peptídica = união de aminoácidos, libera um H2O -> liga a extremidade amino (NH2) com a carboxila de outro aminoácido · Nucleotídeos · Armazena e disponibiliza a informação biológica · Estrutura: · Subunidade de ácidos nucléicos · Bases: · Pirimidina (1 anel) · Purina (2 anéis) · Ribonúcleico: posição 2’ da pentose é grupo hidroxila · Desoxirribonúcleio: posição 2’ da pentose não é grupo hidroxila · Ligação fosfodiéster: 3’ do açúcar ao grupo fosfato com o 5’ do outro · Podem carregar energia em curto prazo: ATP utilizado para transferir energia em reações celulares (romper ligações entre fosfatos libera energia). · Macromoléculas nas células · As macromoléculas são as moléculas que mais tem carbono dentro das células · As cadeias de polímeros são formadas pela adição regrada de cada monômero na extremidade sendo bem definido. Estrutura e função das membranas – aula 2 1) As membranas · Protege e separa constituintes químicos do meio intracelular em relação ao meio extracelular · Barreira seletiva: · Permite a saída e entrada de componentes (específicos) da célula · Realiza a eliminação de resíduos da célula 2) Proteínas nas membranas: · Proteínas receptoras (recebe sinais do ambiente) · Proteínas de Transporte (importação e exportaçaão de moléculas) · Flexibilidade da membrana 3) Fosfolipídeos da membrana · Fosfatidilcolina (presente na bicamada) · Fosfatidiletanolamina · Fosfatidilserina · Fosfatidilinositol · Esfingomielina Também existe a presença de glicolipídeos (geralmente associados á um açúcar) e colesterol 4) Interação das moléculas hidrofílicas/fóbicas com a água: · Hidrofílicas: forma pontes de H com a H2O · Hidrofóbicas: não interagem · Formação espontânea da bicamada fosfolipídica: As caudas hidrofóbicas começam a se agrupar, no final formam um compartimento selado sem pontas livres. 5) Fluidez da membrana plasmática · O ambiente aquoso não permite a fuga dos lipídeos da membrana · Movimentos que os fosfolipídeos fazem (mantém a bicamada fluída): · Difusão lateral (lateralmente) · Flip- Flop (troca entre monocadas - mais raro) · Rotação · Flexão 6) Assimetria da bicamada lipídica · As organelas na face interna tem diferente organização da face externa · Importâncias: · Sinalização celular · Diferencia célula viva de morta (movimento flip-flop: fosfatidilserina vai da face interna para externa , sendo reconhecida por células fagocitárias) 7) Proteínas da membrana · 50% da massa da membrana plasmática · Maior que lipídeos(1 proteína para 50 lipídeos) · Funções: · Transportadoras (meio extracelular ao citosol) Ex: Bomba de Na+ (Na+ vai de forma ativa para fora da célula e K+ para dentro) · Âncoras (ancorar moléculas à membrana) Ex: Integrinas (conecta filamentosintracelulares de actina com proteínas extra-celulares da matriz) · Receptoras (sinais químicos do ambiente sinalizando ao interior da célula: cascata de sinalização) Ex: Receptor do fator de crescimento derivado de plaquetas – PDGE ( Se liga a PDGE extracelular e envia sinais de crescimento e divisão celular para a célula) · Enzimas(catalizar reações metabólicas) Ex: Adenilato Ciclase (Catalisa a produção de sinais CAMP em resposta a sinais extracelulares) 8) Associação das proteínas com as membranas · Transmembrana (tem formas distintas) · Associada à membrana (inteiramene no citosol) · Ligadas por meio de lipídeos (pode ser interna ou externa e pode estar ligado a 1 ou + lipídeos) · Ligadas por meio de proteínas (ficam ligadas indiretamente com uma das faces da sua membrana) 9) Carboidratos que revestem a membrana · Glicolipídeos (Lipídeos + Açúcares: por ligações covalentes) · Glicoproteínas (Proteínas + pequenos açúcares tipo oligossacarídeos) · Proteoglicanos (Proteínas + cadeias longas de polissacarídedos) · Assim, é formada a GLICOCÁLICE (camada de carboidratos no externo da membrana). Funções: · Proteger a membrana de danos químics e mecânicos · Dá uma superfície lubrificada (carboidratos absorvem H20) · Barreira para microorganismos invasores · Participa de interações celulares · Atuar como marcador (ex: Grupos sanguíneos ABO) Transporte de membrana – aula 3 1) Introdução · A membrana plasmática bloqueia a entrada de moléculas solúveis em água – hidrofóbica · As coisas que são solúveis em água atravesam a membrana por proteínas de transporte da membrana 2) Concentrações iônicas · Na+: extracelular > intracelular · K+: Intracelular > extracelular · No meio extracelular: A alta concenração de Na+ é balanceada pela concentração de Cl- · No meio intracelular: A concentração de K+ é balançeada por íons 3) A impermeabilidade da bicamada lipídica · Moléculas hidrofílicas e íons não passam · Quanto menor, mais hidrofóbica, apolar e lipossolúvel, mais rápido vai ser a velocidade de difusão · Moléculas hidrofóbicas pequenas (O2, CO2, N2, Benzeno) e moléculas polares não carregadas pequenas (H2O, Glicerol e Etanol) passam pela membrana Obs: A água e moléculas apolares pequenas passam por difusão simples pela bicamada · Moléculas polares não carregadas maiores (aminoácidos, glicose, nucleotídeos) e íons (H+, Na+, HCO3, K+, Ca2+, Cl-, Mg2+) não passam pela membrana. Obs: A carga dos íons cia atração forte pela água, o que não permite a passagem pela parte hidrofóbica da bicamada. 4) Transporte ativo e passivo · Tudo depende da concentração do soluto · Transporte passivo · Não gasta energia · Região de alta concentração para baixa concentração de soluto · Espontâneo · Transporte ativo · Gasto de energia · Vai contra o gradiente de concentração · Região de baixa concentração para região de alta concentração de soluto 5) Tipos de difusão · Difusão passiva · Transporte passivo · Não seletivo · Favor do gradiente · Gases (CO2, O2), moléculas hidrofóbicas (Benzeno) e moléculas polares pequenas (H2O, etanol) · Difusão facilitada com proteínas de transporte · Moléculas polares grandes não carregadas (glicose, aminoácidos) e moléculas carregadas · As proteínas fazem o transporte, criando um corredor exclusivo para moléculas específicas (podendo até selecionar qual tipo de íon) · Existem 2 tipos de proteínas de transporte: 1) Proteínas transportadoras Somente o que encaixa com o sítio de ligação na proteína, sendo um de cada vez. Ocorre a udança da conformação da proteína. Ex: Açúcar, aminoácidos e nucleosídeos 2) Canais iônicos Baseia no tamanho e carga elétrica, alçapão estreito Ex: Íons e pequenas moleculas polares · Detalhes dos canais iônicos: · Muito rápido quando os canais abrem · Altamente seletivo · Sua abertura é regulada por estímulos específicos (ligantes ou voltagens) · Envolve o gradiente eletroquímico e o potencial de membrana >>Alto gradiente eletroquímico, ex: Na+: voltagem e [ ] na mesma direção: +++++++++ +++++ +++++ ----- ----- >> Baixo gradiente eletroquímico, ex:K+ voltagem e [ ] em direção oposta: +++++ +++++ ----- ----- +++++++++ 6) Transporte ativo · Contra gradiente eletroquímico · Mantém a composição iônica intracelular · Gasto de energia – de ATP (nas bombas) · Possui tipos de transportadores: i. Transportador acoplado Liga o transporte desfavorável de um soluto por uma membrana ao transporte favorável de outro ii. Bombas movidas por ATP Mantém os gradientes de íons, fazendo o transporte desfavorável relacionado à hidrólise de ATP. Ex: Bomba Na+/K+, Sentido contrário do gradiente 3 Na+ para 2 K+ 7) Transportadores Acoplados · Não utiliza energia de ATP, mas sim o transporte acoplado de uma segunda molécula que ta indo em direção energéticamente favorável · Ex: Glicose indo pelo gradiente de Na+ nas células epiteliais do intestino 2 Na+ para 1 glicose Na+: está a favor do gradiente químico Glicose: vai de uma região de baixa para alta [ ] · Simporte: 2 moléculas em mesma direção (Na+ e glicose) · Uniporte: 1 única molécula 8) Transporte de macromoléculas e partículas · Endocitose: Englobamento de partículas e macromoléculas que estão no meio da célula eucariótica, formando uma vesícula · Exemplos: · Fagocitose Internaliza grandes partículas (bactérias, restos celulares..) Ligam as partículas à receptores de superfícies, forma seus pseudópodes, circundando a partícula e criando o fagossomo, que vai se fusionar com o lisossomo, formando o fagolisossomo, digerindo o material com suas hidralises ácidas Ex: Ameba · Pinocitose Ingere pequenos pedaços da membrana plasmática com poucas quantidades de líquido (equilibrio com a perda de líquido na exocitose). Pode ser não seletiva (engoblando solutos do fluído extracelular) ou seletiva (incorpora substâncias que aderem a receptores da superfície celular) · Exocitose Caminho inverso Uma vesícula incorpora-se à M.P, sendo liberada Matriz Extracelular – aula 4 1) O que é a matriz extracelular? · É a rede extracelular que tem proteínas e polissacarídeos, secretados pelas próprias células do meio · Ajuda a aguentar estresse mecânico de tensão e compressão (Obs: Nas células epiteliais existe o mínimo de matriz exracelular, assim eles aguentam estresses transmitindo de célula em célula através de filamentos do citoesqueleto que estão ancorados nos sítios de adesão) · Sua composição é específica para as necessidades de cada tecido · A M.E influência no proliferação, migração, desenvolvimento, e função das células · O que diferencia uma M.E de outra é: · A quantidade relativa de cada molécula · Organização das moléculas · Obs: nos tecidos conjuntivos, os fibroblastos são o que produz as macromoléculas da matriz no osso (osteoblasto) e na cartilagem (condroblasto) 2) Composição da matriz extracelular · 3 principais classes: i) Glicosaminoglicanos (GAG’S) ii) Proteínas fibrosas iii) Grande classes de glicoproteínas 3) Glicosaminoglicanos (GAG’S) · Cadeias polissacarídeas · Não- ramificadas · Composição: · Unidades dissacarídeas repetidas · As vezes: grupo sulfato ou carboxila (negativamente carregado) · Tem 4 principais grupos: I. Hialurona II. Sulfato de condroitina e sulfato de dermatana III. Sulfato de heparana IV. Sulfato de queratana · Forma estendida · Volume > massa · Forma géis hidratados = atrai H2O · No tecido conjuntivo os GAG’S: · 10% do peso de proteínas · Preenche espaço na matriz-extracelular · Muitas cargas negativas... · Atrai nuvens de Na+ · Na+ atrai a H2O para a matriz · Cria a pressão por inchaço/ turgência · Forma forças de compreensão · Ex: Matriz de cartilagem · GAG’S são covalentes e ligam-se à proteínas, formando Proteoglicanos. Excessão: hialuronana · Proteoglicanos: · Núcleo proteíco · Tem conector tetrassacarídeo · Pode ser grande Exemplos: Proteoglicano Agrecana (destaque na cartilagem): + de 100 GAG’S Decorina: 1 a 10 GAG’S · GAG’S+ Proteoglicanos = complexos poliméricos grandes · GAG’S e proteoglicanos podem se associar a proteínas fibrosas da matriz. Ex: Colágeno 4) Proteínas fibrosas (Colágenos) · Células do tecido conjuntivo e outros tipos secretam · Destaque em pele e osso · + abundante em mamíferos · 25% da massa proteíca total · Longa e rígida · Fita tripla helicoidal = bastão · Estrutura: 3 cadeias polipeptídicas de colágeno · Cadeia α: enrolada uma as outras · Forma super – hélice: corda · Pode associar cadeias α = maior polimerização · 1 cadeia α: 1000 aminoácidos · Tipos de colágenos e propriedades: I. Colágeno formador de fibrila · Colágeno tipo: I, II, III, V e XI · I e V: osso, pele, tendões, ligamentos, córnea, órgãos internos (90% do colágeno do corpo) · XI e II: cartilagem, disco intervertebral, notocorda e humor vítreo do olho · III: pele, vasos sanguíneos, órgãos internos · Moléculas de colágeno se sobrepõem ¼ sobre a outra · Arranjo reforçado por ligações covalentes entre cadeias laterais (nas terminações das moléculas) · Processo de formação: Cadeia α formada no lúmen do retículo endoplasmático cadeia α α se organiza em tripla – hélice (pró-colágeno) enzimas peptidades removem extremidades tripla-hélices se associam (fibrilas) fibrilas se associam = fibra colágeno II. Colágeno formador de rede · Colágeno tipo: IV e VII · IV: Lâmina Basal · VII: Abaixo do epitélio escamoso estratificado · O colágeno tipo IV forma uma associação pelas extremidades, criando uma “tela de galinheiro” III. Colágeno associado à fibrila: · Colágeno tipo IX e XIII · Ajudam a organizar fibrilas de colágeno · Tipo IV e XII + macromoléculas · O colágeno tipo IV fica junto a um colágeno tipo II · Montagem inadequada do colágeno: Má união das fibrilas de colágeno = pouca resistência à tração = tecido extraordinariamente elástico 5) Fibras Elásticas · Local: pele, artérias e pulmões · Elasticidade · Distendem (tracionadas) e voltam ao normal · Constituição: Elastina · Moléculas de elastina prendem-se nas extremidades por ligações covalentes – degeneram com a idade = rugas 6) Glicoproteínas · Organiza a matriz · Ajuda na ligação entre células · + famoso: Fibronectina · Grande · Parte das interações célula <-> matriz e célula <-> colágeno · Composto por 2 unidades proteicas (dímeros) que são ligados por pontes dissulfeto na extremidade C-terminal · Permite movimentos das células pela matriz – extracelular · Tem sítio de ligação celular: acontece a ligação pela proteína receptora: Integrina: · Proteína transmembrana · Parte externa: componentes da matriz extracelular · Parte interna: citoesqueleto · Transmite estresse recebido ao citoesqueleto · Reage aos sinais químicos de dentro para fora (escolhendo se mantém conexão com uma molécula ou não 7) Lâmina Basal · Sustenta tecido epitelial · Porção basal do epitélio – flexível · É uma M.E especializada · Contorna células musculares, adiposas, células de Schwann, e fazendo parte do glomérulo renal (fica entre duas camadas, sendo um filtro) · Função: estrutural e filtrante · Determinar polaridade de células · Metabolismo celular · Organiza proteínas da M.P adjacente · Promove sobrevivência, proliferação e diferenciação celular · É uma via de migração celular · Papel mecânico · Defeito na Lâmina Basal: · Derme desloca em relação a epiderme Epidermólise bolhosa juncional · Síntese: Pelas células epiteliais e tecido conjuntivo subjacente · Feita por colágeno tipo IV (rede) e macromoléculas (destaque: Laminina) · Laminina: · Organizador primário da estrutura de camadas · Feita por 3 longas cadeias polipeptídicas (α, β e γ) unidas por pontes dissulfeto · Forma estrutura de camadas Especializações e junções da membrana – aula 5 1) Especializações de membrana · Local: Entre células epiteliais · Polarização definida · Polo apical da célula: voltado ao lúmen/superfície · Polo basal da célula: ancorado ao tecido conjuntivo por elementos especiais da lâmina basal as células epiteliais fazem a seleção e troca entre 2 ambientes · Adaptações celulares: · Microvilosidades ou microvilos · Estereocílios · Cílios · Flagelos 2) Microvilos · Projeções da membrana plasmática · Formato: digitiformes · Citoesqueleto sustenta projeções - microfilamentos são polimirizados por protreína actina · 25X de ampliação da superfície da membrana = melhor eficiência de trocas · Local + abundante: células epiteliais do intestino melhor absorção de nutrientes, forma uma borda estriada (1000 microvilos/célula) . * túbulos contorcidos proximais dos rins (borda em escova) 3) Estereocílios · Expansão longa, filiforme e flexível da superfície livre de algumas células epiteliais · Sem capacidade de movimento de um cílio · Semelhante ao microvilo, porém ramifica = maior comprimento · Local: Células do epidídimo e ductos do aparelho genital masculino · Aumenta a superfície facilita transporte de H20 e outras moléculas 4) Cílios e flagelos · Projeções da membrana plasmática · Baseada em microtúbulos · Movimento de células eucarióticas · 0,25 μm (micrômeros) de diâmetro · Movimento vaivém · Cílios: movem fluídos/muco em cima de superfícies de camadas de células epiteliais · Flagelos: maior, movimento ondulatório. · Exemplos: Paramecium – alga Células epiteliais da traquéia (retira muco e poeira do trato respiratório) Espermatozóide (chicote, conduz a célula em um meio líquido) 5) Junções celulares · Fortes ligações entre células do epitélio · Junções da célula-célula ou célula-matriz · Tem dois tipos: · Apical: · Junção compacta · Junção ancoragem célula-célula (junção aderente e desmossomo) · Junção comunicante (tipo fenda) · Basal: · Junção ancoragem célula-matriz (Ligado à actina e hemidesmossomo) 6) Junções de Ancoragem: · Depende de: · De proteínas de adesão transmembrana (existe a Caderina e a Integrina) · Caderina Liga célula-célula Presente em junções aderentes e desmossomos Forma um cinturão de adesão contínuo ao redor das células · Integrinas Liga célula-matriz extracelular Possui subunidade α e β Liga proteínas da M.E com filamentos de actina dentro da célula, por proteínas adaptadoras Media interações da M.E. com filamentos intermediários do meio intracelular Presente em junções aderentes e desmossomos 7) Junções aderentes e desmossomos · Junções aderentes · Adesão de células · Da apoio para filamentos que penetram microvilos de células epiteliais com borda estriada · Modela a forma de estruturas dos organismos multicelulares · Permite que células dis tecidos usem o citoesqueleto de actina de maneira coordenada Rede de actina (pode contrair, tem capacidade de tensão e muda a forma da camada epitelial) ex: processo de neurulação · Desmossomos · Tem as caderinas · Parece as junções aderentes · São “pontos de contatos”, forma de botão fixando as células · Função: proporciona força mecânica · Presente em epitélios maduros e tecidos sujeitos a altos níveis de estresse mecânico Ex: músculo cardíaco e epiderme 8) Junção compacta ou zônula oclusiva · Faixa contínua que circunda a extremidade apical de uma célula na camada epitelial = rede de proteínas de fios contínuos é formado * envolve toda circunferência da célula · “costura” · Proteínas transmembranas: Ocludinas e Claudinas · Ponto de “conexão focal” · Ajuda na função de barreiras das células = forma um selo · Separa domínios apicais e basolaterais da membrana plasmática = evita difusão livre de lipídeos e proteínas entre membranas · Ex: epitélio do intestino delgado 9) Junção tipo fenda · Muitos conéxons (conexinas) em paralelo = peneira molecular · Deixa que membranas adjacentes interajam (troca de substâncias) · Parece um aglomerado de partículas intramembrana homogênea · Tem atividade metabólica e resposta elétrica entre células conectadas · Vai sincronizar contrações celulares (ex: músculo cardíaco e músculo liso de movimentos peristálticos) · Permite difusão de: · Íons · Pequenas moléculas (1200 daltons) · Impede que proteínas e ácidos nucleicos passem
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