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<title>Α-Helix</title>
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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">α-Helix</h1>
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</div>
<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr">
<p>Als <b>α-<a href="Helix" title="Helix">Helix</a></b> wird in der Biochemie eine häufige Ausprägung der <a href="Sekund%C3%A4rstruktur" title="Sekundärstruktur">Sekundärstruktur</a> eines <a href="Protein" title="Protein">Proteins</a> bezeichnet. Sie gehört zu den stabilsten natürlichen <a href="Konformation" title="Konformation">Konformationen</a> einer <a href="Aminos%C3%A4uresequenz" title="Aminosäuresequenz">Aminosäuresequenz</a> und ist in der Sekundärstruktur nahezu allgegenwärtig.
</p><p>Unter der Sekundärstruktur eines Proteins wird die räumliche Struktur der Aminosäurekette ohne Berücksichtigung der Seitengruppen verstanden. Die Sekundärstruktur eines Proteins geht aus dessen <a href="Prim%C3%A4rstruktur" title="Primärstruktur">Primärstruktur</a> (Aminosäuresequenz) hervor. Übergeordnete Strukturebenen sind die <a href="Terti%C3%A4rstruktur" title="Tertiärstruktur">Tertiärstruktur</a> und die <a href="Quart%C3%A4rstruktur" title="Quartärstruktur">Quartärstruktur</a>. Die dreidimensionale Struktur eines Proteins ist entscheidend für dessen selektive Funktion (siehe <a href="Proteinstruktur" title="Proteinstruktur">Proteinstruktur</a>).
</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Geschichte">Geschichte</h2></div>
<p>Ende der 1930er Jahre begann <a href="William_Astbury" title="William Astbury">William Astbury</a> <a href="Kristallstrukturanalyse" title="Kristallstrukturanalyse">Kristallstrukturanalysen</a> an kristallinen <a href="Peptid" title="Peptid">Peptiden</a> durchzuführen. Dabei wurde festgestellt, dass sich bestimmte räumliche Merkmale regelmäßig wiederholen, bei denen <a href="Wasserstoffbr%C3%BCcken" class="mw-redirect" title="Wasserstoffbrücken">Wasserstoffbrücken</a> innerhalb des Moleküls vermutet wurden.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Ihm war jedoch die <a href="Ebene_(Mathematik)" title="Ebene (Mathematik)">Planarität</a> der <a href="Peptidbindung" title="Peptidbindung">Peptidbindung</a> noch nicht bekannt. Die häufigsten räumlichen Strukturen wurden später α-Helix und <a href="%CE%92-Faltblatt" title="Β-Faltblatt">β-Faltblatt</a> genannt. <a href="Linus_Carl_Pauling" class="mw-redirect" title="Linus Carl Pauling">Linus Pauling</a>, <a href="Robert_Brainard_Corey" class="mw-redirect" title="Robert Brainard Corey">Robert Brainard Corey</a> und <a href="Herman_Branson" title="Herman Branson">Herman Branson</a> schlugen 1951 ein Modell der α-Helix vor.<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Das α in „α-Helix“ enthält keine wissenschaftliche Aussage, sondern bringt nur zum Ausdruck, dass die α-Helix vor dem β-Faltblatt gefunden wurde. Der von <a href="G._N._Ramachandran" title="G. N. Ramachandran">G.&nbsp;N. Ramachandran</a> entwickelte <a href="Ramachandran-Plot" title="Ramachandran-Plot">Ramachandran-Plot</a> erlaubte deren Identifikation anhand der <a href="Diederwinkel" title="Diederwinkel">Diederwinkel</a> der im Protein aufeinanderfolgenden <a href="Aminos%C3%A4ure" class="mw-redirect" title="Aminosäure">Aminosäuren</a>, ähnlich wie auch der später entwickelte <a href="Janin-Plot" title="Janin-Plot">Janin-Plot</a>.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Struktur">Struktur</h2></div>

<p>Die α-Helix ist eine rechtshändig gedrehte Spirale (bevorzugt von L-Aminosäuren) mit durchschnittlich 3,6 Aminosäureseitenketten pro Umdrehung. Pro Windung wird eine Länge von p = 0,54&nbsp;nm (5,4 Å) erzielt. Dieser Fortschritt wird als Ganghöhe bezeichnet. Sie ist das Produkt aus Schiebung (auch Translation genannt) (0,15 nm) und Resten pro Windung (3,6).<sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dieser Abstand zwischen den Resten ist der Grund dafür, dass Aminosäuren, die in der Primärstruktur drei oder vier Stellen voneinander entfernt sind, sich in der Helixstruktur in unmittelbarer Nähe befinden.
Stabilisiert wird die α-Helix durch eine <a href="Wasserstoffbr%C3%BCckenbindung" title="Wasserstoffbrückenbindung">Wasserstoffbrückenbindung</a> zwischen dem Carbonylsauerstoff der n-ten und dem <a href="S%C3%A4ureamide" title="Säureamide">Amidproton</a> der (n+4)-ten Aminosäure desselben Moleküls.
</p>

<p>Die CO- und NH-Gruppen müssen zur Ausbildung der Wasserstoffbrückenbindung dicht beieinander liegen. Die engste Konfiguration liefert ein aufgewickelter Strang, bei der die beiden Gruppen übereinander liegen. Die Seitenketten zeigen dabei nach außen.
Die Aminosäure <a href="Prolin" title="Prolin">Prolin</a> („Strukturbrecher“) lässt sich nicht ohne Weiteres in die Helix einfügen (nur an den Positionen 1–4, vom Aminoende aus gesehen, ist dies möglich). Folglich kommt es an Stellen, an denen Prolin auftritt, zu Abweichungen von der regelmäßigen Struktur.
α-Helices sind sehr stabil und können als starre Zylinder eine Art Skelett des Proteins bilden. Daher werden sie in Proteinstrukturen häufig nicht als Helices, sondern als Zylinder abgebildet.
Ein Protein mit überwiegender Helixstruktur ist das <a href="Myoglobin" title="Myoglobin">Myoglobin</a>, ein mit dem <a href="H%C3%A4moglobin" title="Hämoglobin">Hämoglobin</a> verwandtes Muskelprotein.
</p><p>Eine α-Helix ist oftmals nur im Kontext eines Proteins stabil, weshalb bei isolierten α-Helices oftmals zusätzliche stabilisierende Bindungen eingeführt werden, z.&nbsp;B. durch Ersatz der Wasserstoffbrückenbindung durch eine C-C-Bindung, durch eine <a href="Quervernetzung" class="mw-redirect" title="Quervernetzung">Quervernetzung</a> der Aminosäureseitenketten oder durch Ausbildung von <a href="Disulfidbr%C3%BCcke" title="Disulfidbrücke">Disulfidbrücken</a>.<sup id="cite_ref-7" class="reference"><a href="#cite_note-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-8" class="reference"><a href="#cite_note-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-9" class="reference"><a href="#cite_note-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-10" class="reference"><a href="#cite_note-10"><span class="cite-bracket">[</span>10<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Geometrie_der_Helix_und_Helix-Helix-Wechselwirkungen"><span id="Superhelix"></span>Geometrie der Helix und Helix-Helix-Wechselwirkungen</h2></div>



<p>α-Helices sind die Grundlage typischer <a href="Faserprotein" class="mw-redirect" title="Faserprotein">Faserproteine</a> (α-Keratin, der Grundsubstanz der Haare, Myosin, einer Komponente der Muskelfasern usw.) aber auch, wie am Beispiel des Myoglobins eingeführt, strukturgebende Komponenten von löslichen, globulären Proteinen. Einzelne Helices können diese Aufgabe im Allgemeinen nicht übernehmen, wohl aber geordnete Aggregate aus zwei, drei, vier oder mehr Individualhelices.
</p><p>Die Zusammenlagerung zu einer solchen „Superhelix“ (en. <i><span lang="en">supercoil</span></i>) beruht auf hydrophoben Wechselwirkungen in <a href="Amphipathisch" class="mw-redirect" title="Amphipathisch">amphipathischen</a> Helices. Das sind Helices, deren eine Seite <a href="Hydrophil" class="mw-redirect" title="Hydrophil">hydrophil</a> (dem Wasser zugewandt) und deren andere Seite <a href="Hydrophob" class="mw-redirect" title="Hydrophob">hydrophob</a> und damit zu Wechselwirkungen befähigt ist. Die Struktur der Helix bewirkt, dass das „hydrophobe Band“ nicht parallel zur Helixachse verläuft, sondern die Helix in Form einer gedehnten, linksgängigen Spirale umgibt. Wenn sich die hydrophoben Bänder von zwei oder mehr Helices nähern, entsteht die <a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">englisch</a> als <i><span lang="en"><a href="Coiled-Coil" title="Coiled-Coil">Coiled-Coil</a></span></i> bezeichnete Superhelix.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Helix-Vorhersage">Helix-Vorhersage</h3></div>
<div class="hauptartikel" role="navigation"><span class="hauptartikel-pfeil" title="siehe" aria-hidden="true" role="presentation">→&nbsp;</span><i><span class="hauptartikel-text">Hauptartikel</span>: <a href="Proteinstrukturvorhersage" title="Proteinstrukturvorhersage">Proteinstrukturvorhersage</a></i></div>
<p>Erste Bemühungen zur Vorhersage von Protein-<a href="Sekund%C3%A4rstruktur" title="Sekundärstruktur">Sekundärstrukturen</a> gehen auf die 1960er Jahre zurück und konnten mit dem Aufkommen der modernen <a href="R%C3%B6ntgenstrukturanalyse" class="mw-redirect" title="Röntgenstrukturanalyse">Röntgenstrukturanalyse</a> kontinuierlich verfeinert werden. Ein überaus hilfreicher, rationaler Ansatz zur Vorhersage der α-Helix verbindet sich mit dem Namen Marianne Schiffer und schließt an die obigen Überlegungen an. Nach dem n+/-3,4 Kriterium kann sich ein Rest n mit Resten paaren, die drei bzw. vier Positionen entfernt sind. Sind z.&nbsp;B. die Reste 1, 4 und 5 hydrophob, so können sie wechselwirken und damit eine Helixstruktur stabilisieren. Gleiches gilt für die Reste 6, 3 und 2 usw. Dieses Vorhersageschema zeigte zunächst für Insulin und Myoglobin seinen Wert.
</p><p>Mit der Veröffentlichung weiterer Röntgenstrukturanalysen wich der „helical-wheel“-Ansatz zunehmend statistischen Verfahren. Ein früher Ansatz dieser Art geht auf Chou und Fasman (1974, 1978) zurück.
</p><p>Die nachfolgende Tabelle gibt die Helixpotentiale (Pα) von Aminosäureresten wieder. Pα entspricht der relativen Häufigkeit, mit der die Aminosäure in der Helix vertreten ist. Bei einem Pα deutlich über&nbsp;1 wird eine Aminosäure als „Helixbildner“ bezeichnet, bei einem Pα deutlich unter&nbsp;1 als „Helixbrecher“.<sup id="cite_ref-11" class="reference"><a href="#cite_note-11"><span class="cite-bracket">[</span>11<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<table class="wikitable centered">

<tbody><tr>
<th>Aminosäure</th>
<th>Pα
</th></tr>
<tr>
<td>Glu</td>
<td>1,59
</td></tr>
<tr>
<td>Ala</td>
<td>1,41
</td></tr>
<tr>
<td>Leu</td>
<td>1,34
</td></tr>
<tr>
<td>Met</td>
<td>1,30
</td></tr>
<tr>
<td>Gln</td>
<td>1,27
</td></tr>
<tr>
<td>Lys</td>
<td>1,23
</td></tr>
<tr>
<td>Arg</td>
<td>1,21
</td></tr>
<tr>
<td>Phe</td>
<td>1,16
</td></tr>
<tr>
<td>Ile</td>
<td>1,09
</td></tr>
<tr>
<td>His</td>
<td>1,05
</td></tr>
<tr>
<td>Trp</td>
<td>1,02
</td></tr>
<tr>
<td>Asp</td>
<td>0,99
</td></tr>
<tr>
<td>Val</td>
<td>0,90
</td></tr>
<tr>
<td>Thr</td>
<td>0,76
</td></tr>
<tr>
<td>Asn</td>
<td>0,76
</td></tr>
<tr>
<td>Cys</td>
<td>0,66
</td></tr>
<tr>
<td>Tyr</td>
<td>0,61
</td></tr>
<tr>
<td>Ser</td>
<td>0,57
</td></tr>
<tr>
<td>Gly</td>
<td>0,43
</td></tr>
<tr>
<td>Pro</td>
<td>0,34
</td></tr></tbody></table>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Zusammenfassung_der_Helix-Parameter">Zusammenfassung der Helix-Parameter</h3></div>
<table class="wikitable">

<tbody><tr>
<td colspan="4"><b>A – Relation der Reste zueinander</b>
</td></tr>
<tr>
<td>n + 4</td>
<td>Reste 1 und 5</td>
<td>H-Brücke</td>
<td>-C=O···HN-
</td></tr>
<tr>
<td>n +/− 3, 4</td>
<td>Reste 1 und 4 oder 5</td>
<td>gleiche Seite</td>
<td>„hydrophober Bogen“, α-Potenzial
</td></tr>
<tr>
<td>n + 18</td>
<td>Reste 1 und 19</td>
<td>ekliptisch</td>
<td>5 × 3,6 = 18; „repeat unit“
</td></tr>
<tr>
<td>n + 7</td>
<td>Reste 1 und 8</td>
<td>„fast ekliptisch“</td>
<td>2 × 3,6; „Heptadenrepeat“
</td></tr>
<tr>
<td colspan="4"><b>B – Physikalische Parameter</b>
</td></tr>
<tr>
<td>n = 3,6</td>
<td>Reste pro Windung
</td></tr>
<tr>
<td>d = 1,5 A</td>
<td>axiale Verschiebung je Rest
</td></tr>
<tr>
<td>p = 5,4 Å = n x d</td>
<td>“Pitch” (Abstand zwischen den Windungen)
</td></tr>
<tr>
<td>a = 100° = 360° / n</td>
<td>Winkel (Sektor) je Aminosäure
</td></tr></tbody></table>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Andere_Ausprägungen_der_Sekundärstruktur"><span id="Andere_Auspr.C3.A4gungen_der_Sekund.C3.A4rstruktur"></span>Andere Ausprägungen der Sekundärstruktur</h2></div>

<p>Neben der α-Helix und dem β-Faltblatt existieren weitere Arten der Sekundärstruktur (Sekundärstrukturmotive). Andere häufig vorkommende Motive sind:
</p>
<ul><li><a href="%CE%A0-Helix" title="Π-Helix">π-Helix</a></li>
<li><a href="3-10-Helix" class="mw-redirect" title="3-10-Helix">3<sub>10</sub>-Helix</a></li>
<li><a href="Kollagen#Kollagenmolekül" class="mw-redirect" title="Kollagen">linksgängige Helix der Kollagene</a></li>
<li><a href="%CE%92-Schleife" title="Β-Schleife">β-Schleife</a></li></ul>
<p>Die nicht zu einem Motiv gehörenden Teile der Primärstruktur eines <a href="Protein" title="Protein">Proteins</a> werden Zufallsschleifen (<a href="Random_Coil" title="Random Coil">Random-Coil-Strukturen</a>) genannt. Diese Strukturen sind ebenfalls maßgeblich an der Ausbildung der gesamten <a href="Proteinstruktur" title="Proteinstruktur">Proteinstruktur</a> beteiligt.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>
<ul><li>M. Schiffer, A. B. Edmundson: <i>Use of helical wheels to represent the structures of proteins and to identify segments with helical potential.</i> In: <i>Biophysical Journal.</i> 7, 1967, S. 121–135.</li>
<li>P. Y. Chou, G. D. Fasman: <i>Empirical predictions of protein conformation.</i> In: <i><a href="Annual_Review_of_Biochemistry" title="Annual Review of Biochemistry">Annual Review of Biochemistry</a>.</i> 47, 1978, S. 251–276.</li>
<li>C. Cohen, D. A. D. Parry: <i>α-Helical coiled-coils – a widespread motif in proteins.</i> In: <i><a href="Trends_in_biochemical_sciences" class="mw-redirect" title="Trends in biochemical sciences">Trends in biochemical sciences</a>.</i> 11, 1986, S. 245–248.</li>
<li>S. Kamtekar, J. M. Schiffer, H. Xiong, J. M. Babik, M. H. Hechtr: <i>Protein design by binary patterning of polar and nonpolar amino acids.</i> In: <i><a href="Science" title="Science">Science</a>.</i> 262, 1993, S. 1680–1685.</li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>
<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Alpha_helix?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: α-Helix</a></span></b>&nbsp;– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien</div>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>
<ol class="references">
<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">William T. Astbury, S. Dickinson, K. Bailey: <i>The X-ray interpretation of denaturation and the structure of the seed globulins.</i> In: <i>The Biochemical journal.</i> Band 29, Nummer 10, Oktober 1935, S.&nbsp;2351–2360.1, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16745914?dopt=Abstract">PMID 16745914</a>. <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1266766/">PMC&nbsp;1266766</a> (freier Volltext).</span>
</li>
<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">William T. Astbury: <i>The structural proteins of the cell.</i> In: <i>The Biochemical journal.</i> Band 39, Nummer 5, 1945, S.&nbsp;lvi, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21020817?dopt=Abstract">PMID 21020817</a>.</span>
</li>
<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text">W. T. Astbury, R. Reed, L. C. Spark: <i>An X-ray and electron microscope study of tropomyosin.</i> In: <i>The Biochemical journal.</i> Band 43, Nummer 2, 1948, S.&nbsp;282–287, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16748402?dopt=Abstract">PMID 16748402</a>. <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1274681/">PMC&nbsp;1274681</a> (freier Volltext).</span>
</li>
<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text">Linus Pauling, Robert Brainard Corey, Herman R. Branson: <i>The structure of proteins; two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain.</i> In: <i><a href="Proceedings_of_the_National_Academy_of_Sciences" class="mw-redirect" title="Proceedings of the National Academy of Sciences">Proceedings of the National Academy of Sciences</a>.</i> Band 37, Nummer 4, April 1951, S.&nbsp;205–211, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14816373?dopt=Abstract">PMID 14816373</a>. <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1063337/">PMC&nbsp;1063337</a> (freier Volltext).</span>
</li>
<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text">J. M. Scholtz, R. L. Baldwin: <i>The mechanism of alpha-helix formation by peptides.</i> In: <i>Annual review of biophysics and biomolecular structure.</i> Band 21, 1992, S.&nbsp;95–118, <a href="https://doi.org/10.1146/annurev.bb.21.060192.000523" class="extiw external" title="doi:10.1146/annurev.bb.21.060192.000523">doi:10.1146/annurev.bb.21.060192.000523</a>. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1525475?dopt=Abstract">PMID 1525475</a>. <a rel="nofollow" class="external text" href="https://rbaldwin.stanford.edu/PDFs/the_mechanism_of_alpha_helix_formation.pdf">rbaldwin.stanford.edu</a> (PDF; 602&nbsp;kB) </span>
</li>
<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer: <cite style="font-style:italic">Stryer Biochemie</cite>. 7. Auflage. Springer Spektrum, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-8274-2988-9, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>40</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&amp;rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&amp;rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:%CE%91-Helix&amp;rft.au=Jeremy+M.+Berg%2C+John+L.+Tymoczko%2C+Lubert+Stryer&amp;rft.btitle=Stryer+Biochemie&amp;rft.date=2014&amp;rft.edition=7.&amp;rft.genre=book&amp;rft.isbn=9783827429889&amp;rft.pages=40&amp;rft.place=Heidelberg&amp;rft.pub=Springer+Spektrum" style="display:none">&nbsp;</span></span>
</li>
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