新课标三维人教生物必修2 第四章第1节 基因指导蛋白质的合成.docx
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新课标三维人教生物必修2第四章第1节基因指导蛋白质的合成
第1节
基因指导蛋白质的合成
1.RNA有三种:
信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
2.转录的主要场所是细胞核,条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。
3.翻译的场所是核糖体,条件是模板(mRNA)、“搬运工”(tRNA)、原料(20种氨基酸)、酶和能量。
4.密码子共有64种,其中决定氨基酸的密码子有61种,3种终止密码子不决定氨基酸。
5.一种氨基酸对应一种或多种密码子,一种密码子最多只能决定一种氨基酸。
6.每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。
一、RNA的结构与种类
1.RNA的结构
(1)基本单位及组成:
[识图填空]
①磷酸; ②核糖;
③碱基:
A、U、G、C;_④核糖核苷酸
(2)空间结构:
一般是单链,且比DNA短。
2.RNA与DNA的比较[填表]
比较项目
DNA
RNA
组
成
单
位
基本组成
单位不同
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
五碳糖不同
脱氧核糖
核糖
碱基不同
特有的是胸腺嘧啶(T)
特有的是尿嘧啶(U)
结构不同
规则的双螺旋结构
一般为单链
3.RNA的种类及其作用[填图]
二、遗传信息的转录
1.概念
2.过程[填图]
三、遗传信息的翻译
1.翻译的概念[填图]
2.密码子和反密码子[据图填空]
(1)属于密码子的是②(填序号),位于[④]mRNA(填名称)上,其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。
(2)属于反密码子的是①(填序号),位于[③]tRNA(填名称)上,其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
(3)密码子的种类为:
64种,反密码子的种类为:
61种。
3.翻译过程[填图]
1.判断下列说法的正误
(1)转录是以DNA的两条链作为模板,只发生在细胞核中,以4种核糖核苷酸为原料(×)
(2)DNA是蛋白质合成的直接模板(×)
(3)密码子位于mRNA上,ATC一定不是密码子(√)
(4)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质(×)
2.右图表示生物体内核苷酸的结构模式图,下列说法正确的是( )
A.DNA和RNA的不同点只在b方面
B.DNA和RNA中的a表示含义不同
C.DNA中特有的c为T
D.人体内的c有4种,b有2种
解析:
选C 图中a表示磷酸,b为五碳糖,c为含氮碱基。
DNA和RNA在核苷酸上的不同是五碳糖不同,碱基不完全相同(DNA特有T,RNA特有U),区别既在b方面,也在c方面,但磷酸是相同的。
人体内的c有5种,b有2种。
3.下列关于真核生物的转录过程的叙述,正确的是( )
A.转录以DNA的两条链为模板
B.转录可发生在细胞核和细胞质中
C.转录需要DNA聚合酶参与
D.转录的产物与DNA的长度相等
解析:
选B 转录以DNA的一条链为模板;真核细胞的转录主要发生在细胞核中,但在线粒体和叶绿体中也可发生该过程;转录过程需要的酶是RNA聚合酶;转录产生的mRNA是DNA上基因选择性表达的产物,因此其长度应小于DNA。
4.下列关于密码子的叙述,正确的是( )
A.密码子有64种,都能决定氨基酸
B.密码子GTA的反密码子是CAU
C.密码子是基因上相邻的三个碱基
D.一种氨基酸可能对应多种密码子
解析:
选D 密码子有64种,其中3种终止密码子不决定氨基酸;T只存在于DNA中,GTA不是密码子;密码子在mRNA上;一种氨基酸可能有多种密码子。
5.有关蛋白质合成的叙述,不正确的是( )
A.终止密码子不能编码氨基酸
B.每种tRNA只转运一种氨基酸
C.tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息
D.核糖体可在mRNA上移动
解析:
选C 64种密码子中有3种是终止密码子,终止密码子不编码氨基酸。
每种tRNA只转运一种氨基酸,但一种氨基酸可被一种或多种tRNA转运。
决定氨基酸序列的遗传信息通常在DNA分子上。
1.过程
(1)过程图解
(2)相关分析
2.转录与翻译的比较
[思考探究]
(1)下图是一小段DNA片段,甲链是模板链,请写出其转录生成的RNA的碱基序列,并分析RNA的碱基序列与DNA两条链碱基序列的关系。
提示:
①
②生成的RNA的碱基序列与模板链互补,与非模板链碱基序列基本相同(除T和U外)。
(2)RNA聚合酶参与什么过程?
具体的作用是什么?
提示:
RNA聚合酶参与转录过程。
RNA聚合酶与基因上的RNA聚合酶结合位点结合,启动转录,并把单个核糖核苷酸连接在正在合成的mRNA片段上,同时还有解旋功能。
[题组冲关]
1.下图表示真核细胞中核基因遗传信息的传递和表达过程,下列叙述正确的是( )
A.甲、乙两图所示生理过程都需要解旋酶和DNA聚合酶
B.甲、乙两图所示生理过程中,所需模板完全相同
C.乙、丙两图表示的是核基因遗传信息的表达过程
D.甲、乙、丙三图所示生理过程中,碱基配对情况相同
解析:
选C 由题图可知,甲、乙、丙分别代表DNA复制、转录、翻译过程。
DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶,转录过程中需要RNA聚合酶。
DNA复制以DNA的两条链为模板,而转录以DNA的一条链为模板。
核基因遗传信息的表达过程分为转录、翻译两个阶段。
DNA复制时碱基配对方式为A—T、G—C,转录时碱基配对方式为A—U、T—A、G—C,翻译时碱基配对方式为A—U、G—C。
2.下列关于DNA复制、转录和翻译的叙述正确的是( )
A.有丝分裂的分裂间期和分裂期都存在转录和翻译过程
B.复制、转录和翻译所需模板相同
C.转录时RNA聚合酶识别mRNA上特定的碱基序列
D.翻译过程需要三种RNA参与
解析:
选D 有丝分裂的分裂间期存在转录和翻译过程,但分裂期由于染色体高度螺旋化,不能解旋,只能依靠间期转录出的mRNA为模板进行翻译过程;复制、转录和翻译所需模板不同;转录过程中RNA聚合酶识别的是DNA上特定的碱基序列;翻译过程是以mRNA为模板、tRNA为运载工具、在核糖体(其结构中有rRNA)上进行的。
[归纳拓展]
对转录和翻译的深度理解
(1)转录的产物不只是mRNA,还有tRNA、rRNA,但只有mRNA携带遗传信息,3种RNA都参与翻译过程,只是作用不同。
(2)翻译过程中mRNA并不移动,而是核糖体沿着mRNA移动,进而读取下一个密码子。
(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T,而是A—U。
1.密码子
(1)种类
(2)
2.反密码子
(1)种类:
61种。
(2)
(3)特点:
反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基相同,只是DNA的“T”对应tRNA的“U”。
3.遗传信息与密码子和反密码子的关系
[题组冲关]
3.下列相关叙述正确的是( )
A.密码子有64种,每个密码子都与一个反密码子相对应
B.反密码子位于mRNA上,密码子位于tRNA上
C.一个密码子最多只能对应一个氨基酸
D.每种氨基酸可以对应多种tRNA,每个tRNA也可以对应多种氨基酸
解析:
选C 密码子有64种,终止密码子不对应氨基酸,故不与反密码子相对应;密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上;每种氨基酸可以对应多种tRNA,每种tRNA只能携带一种氨基酸。
4.根据下表提供的信息,可以确定色氨酸的密码子是( )
DNA
C
G
信使RNA
G
转运RNA
A
氨基酸
色氨酸
A.UGG B.TGG
C.ACCD.UCG
解析:
选A 密码子是指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,由转运RNA的第一个碱基为A可知,该密码子的第一个碱基为U,由信使RNA的第三个字母为G,
可确定DNA模板链上第三个碱基为C及DNA的模板链,进而可推知该密码子第二个碱基为G。
5.在试管内离体合成多肽时,若加入若干碱基序列为“GUGUGUGUGUGUGU…”的mRNA,合成的多肽中有缬氨酸及半胱氨酸两种氨基酸。
若加入若干碱基序列为“GGUGGUGGUGGUGGU…”的mRNA,合成的多肽含有甘氨酸或缬氨酸或色氨酸。
则缬氨酸的密码子是( )
A.GUGB.UGU
C.GGUD.UGG
解析:
选A 分析两种碱基序列,可以发现碱基序列为“GUGUGUGUGUGUGU…”的mRNA中可组合成2种密码子,分别是GUG、UGU;碱基序列为“GGUGGUGGUGGUGGU…”的mRNA中组合成的密码子有3种可能,分别是GGU或GUG或UGG,结合题干中对应的氨基酸分析,可推出缬氨酸的密码子是GUG。
基因表达过程中多聚核糖体解读及有关数量的变化规律
一、翻译过程中多聚核糖体模式图解读
1.图形解读
(1)图1表示真核细胞的翻译过程,其中①是mRNA,⑥是核糖体,②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链,具体内容分析如下:
①数量关系:
一个mRNA可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。
②目的意义:
少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
③方向:
从右向左(见图1),判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。
④结果:
合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
⑤形成的多条肽链氨基酸序列相同:
其原因是有相同的模板mRNA。
(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA,②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA在核糖体上同时进行翻译过程。
2.解题技法
(1)分析此类问题要正确分清mRNA链和多肽链的关系。
DNA在RNA聚合酶的作用下产生的是mRNA,而在同一条mRNA链上结合的多个核糖体,同时合成的是若干条多肽链。
(2)解答此类问题还要明确真核细胞的转录和翻译不同时进行,而原核细胞能边转录、边翻译。
二、基因表达过程中有关数量变化
1.转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数=6∶3∶1。
图解如下:
2.以上关系应理解为:
每合成1个氨基酸至少需要mRNA中3个碱基,基因中6个碱基,其原因如下:
(1)DNA中有的片段无遗传效应,不能转录出mRNA。
(2)转录出的mRNA中有终止密码子,终止密码子不对应氨基酸,所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质氨基酸数目的6倍多。
[题组冲关]
1.下面甲、乙两图为真核细胞中发生的代谢过程的示意图,有关说法正确的是( )
A.甲图所示的过程叫做翻译,多个核糖体共同完成一条多肽链的合成
B.乙图所示过程叫做转录,转录产物的作用一定是作为甲图中的模板
C.甲图所示翻译过程的方向是从右到左
D.甲图和乙图中都发生了碱基互补配对且碱基互补配对方式完全相同
解析:
选C 由甲图可知,翻译过程中一个mRNA分子上结合多个核糖体,同时合成多条肽链;转录产物有信使RNA、转运RNA和核糖体RNA三种,而翻译的模板只是信使RNA;甲图中多肽链②最长,说明合成该多肽链的核糖体是最早与mRNA结合的,因此核糖体在mRNA上的移动方向是从右到左;转录和翻译过程中都发生了碱基互补配对,但碱基互补配对方式不完全相同。
2.右图表示细胞内某些重要物质的合成过程,该过程发生在( )
A.真核细胞内,一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链
B.原核细胞内,转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链
C.原核细胞内,转录还未结束便启动遗传信息的翻译
D.真核细胞内,转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译
解析:
选C 由图中信息可知,转录没有结束便启动遗传信息的翻译,所以该过程发生在原核生物细胞体内;核糖体沿mRNA移动,读取下一个密码子。
3.某个多肽的相对分子质量为2778,氨基酸的平均相对分子质量为110,若考虑终止密码子,则控制该多肽合成的基因的长度至少是( )
A.75对碱基 B.78对碱基
C.90对碱基D.93对碱基
解析:
选D 某个多肽的相对分子质量=氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸的数量-18×(氨基酸的数量-1)=2778,则该多肽由30个氨基酸组成,若考虑终止密码子,则编码该多肽的mRNA上应含有31个密码子,故控制该多肽合成的基因的碱基数至少为31×6=186(个),即93对碱基。
4.已知一个蛋白质分子由3条不同肽链组成,连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有297个,翻译成这个蛋白质分子的mRNA中的A和G共有400个。
则指导该蛋白质合成的mRNA中至少含有的碱基个数及合成该蛋白质需要的tRNA个数,以及转录此mRNA的基因中C和T的个数之和依次是( )
A.900 300 1000B.900 300 900
C.900 297 1000D.900 297 900
解析:
选B 因该蛋白质中有3条肽链,肽键297个,所以其中的氨基酸个数为300个。
DNA中碱基∶mRNA碱基∶氨基酸个数=6∶3∶1,故mRNA中碱基至少300×3=900(个),需tRNA300个,转录此mRNA的基因中C+T的数为(300×6)2=900(个)。
一、选择题
1.下列对转运RNA的描述正确的是( )
A.每种转运RNA能识别并转运一种氨基酸
B.转运RNA的三个相邻碱基是决定氨基酸的一个密码子
C.转运RNA的合成在细胞质内
D.转运RNA能与DNA相应的密码子互补
解析:
选A 每种转运RNA一端的三个碱基叫反密码子,它与信使RNA上的三个碱基——密码子进行碱基互补配对。
转运RNA是在细胞核内通过转录合成的,而不是在细胞质内合成的。
2.下列关于人体细胞内遗传信息传递和表达的叙述,正确的是( )
A.在转录和翻译过程中发生的碱基配对方式完全不同
B.不同组织细胞中所表达的基因完全不同
C.不同核糖体中可能翻译出相同的多肽
D.不同的氨基酸可能由同种tRNA运载
解析:
选C 转录过程与翻译过程中的碱基配对方式部分相同;人体内不同组织细胞中表达的基因部分相同。
在翻译过程中,一条mRNA上可能结合多个核糖体,从而使不同的核糖体中翻译出相同的多肽。
一种氨基酸可以由不同的tRNA运载,但一种tRNA只能运载一种氨基酸。
3.如图代表真核细胞中发生的某一过程,下列叙述正确的是( )
A.该过程表示翻译,模板是核糖体
B.该图所示过程也可以发生在原核细胞中
C.启动和终止此过程的是起始密码子和终止密码子,都不对应氨基酸
D.图中没有酶,因为该过程不需要酶的参与
解析:
选B 该过程表示翻译,模板是mRNA,场所是核糖体,原料是游离的氨基酸,同时需要酶、tRNA和ATP的参与。
启动和终止此过程的是起始密码子和终止密码子,起始密码子对应氨基酸,终止密码子不对应氨基酸。
原核生物中也含核糖体,也可进行翻译过程。
4.在蛋白质合成过程中,少量的mRNA分子就可以指导迅速合成出大量的蛋白质。
其主要原因是( )
A.一种氨基酸可能由多种密码子来决定
B.一种氨基酸可以由多种tRNA携带到核糖体中
C.一个核糖体可同时与多条mRNA结合,同时进行多条肽链的合成
D.一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成
解析:
选D 一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成,从而实现少量的mRNA分子指导迅速合成出大量的蛋白质。
5.下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图,有关叙述正确的是( )
A.图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右
B.图中RNA与a链碱基互补
C.图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对
D.DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与,同时消耗能量
解析:
选A 依图示可知,RNA聚合酶的移动方向是从左向右;RNA与a链上碱基除U与T不同外,其他碱基相同,不能互补;图示中RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的U配对;RNA聚合酶本身具有解旋功能,转录不需要解旋酶的参与。
6.基因、遗传信息和密码子分别是指( )
①mRNA上核苷酸的排列顺序 ②基因中脱氧核苷酸的排列顺序 ③DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ④tRNA上一端的3个碱基 ⑤mRNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ⑥有遗传效应的DNA片段
A.⑤①③ B.⑥②⑤
C.⑤①②D.⑥③④
解析:
选B 基因是有遗传效应的DNA片段;遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序;密码子是位于mRNA上决定氨基酸的3个相邻碱基。
7.如图为多聚核糖体合成肽链的过程,有关该过程的说法正确的是( )
A.图示表示多个核糖体合成一条多肽链的过程
B.mRNA沿着三个核糖体从右向左移动
C.三条肽链在氨基酸排列顺序上各不相同
D.由图示可推测少量mRNA可以合成大量的蛋白质
解析:
选D 图示表示的是三个核糖体合成三条多肽链的过程;翻译过程中是核糖体沿着mRNA进行移动的,根据肽链的长短,可判断出核糖体沿mRNA的移动方向是从右向左;合成的三条肽链是以同一条mRNA为模板的,因此氨基酸的排列顺序相同;一条mRNA可以和多个核糖体结合,可在短时间内合成大量的蛋白质。
二、非选择题
8.如图表示某真核生物基因表达的部分过程,请回答下列问题:
(1)图中表示遗传信息的________过程,发生的场所是____________,此过程除图中所示条件外,还需要____________等。
(2)③表示________,合成的主要场所是________,通过________到细胞质中,穿过________层膜,________(填“需要”或“不需要”)能量。
(3)图中方框内的碱基应为________,对应的5应为________(赖氨酸密码子为AAA,苯丙氨酸密码子为UUU)。
(4)图中的氨基酸共对应________个密码子。
核糖体的移动方向是________。
解析:
(1)图中核糖体上进行的是翻译过程,此过程需要的条件是模板、原料、能量、酶等。
(2)③为mRNA,在细胞核中合成,通过核孔转移到细胞质中的核糖体上,此过程穿过0层膜,需要消耗能量。
(3)密码子存在于mRNA分子,与tRNA上的反密码子进行碱基互补配对,故图中方框内的碱基为UUU,对应的密码子为AAA,相应氨基酸是赖氨酸。
(4)图中共有7个氨基酸,对应7个密码子。
根据图中最后一个氨基酸的加入位置可知,核糖体的移动方向为从左到右。
答案:
(1)翻译 核糖体 酶和能量
(2)mRNA 细胞核 核孔 0 需要 (3)UUU 赖氨酸 (4)7 从左到右
一、选择题
1.蛋白质是生命活动的主要体现者,细胞在长期进化过程中形成了短时间内快速合成大量蛋白质的机制。
下列各选项中不属于细胞内提高蛋白质合成速率机制的是( )
A.一种氨基酸可以由多种tRNA运载,保证了翻译的速度
B.一个细胞周期中,DNA可以进行多次转录,从而形成大量mRNA
C.一条mRNA上可结合多个核糖体,在短时间内合成多条多肽链
D.几乎所有生物共用一套密码子,使各种细胞内能合成同一种蛋白质
解析:
选D 几乎所有生物共用一套密码子,体现了生物在分子水平上的统一性,与细胞内提高蛋白质合成速率无关。
2.除色氨酸和甲硫氨酸外,其他18种氨基酸均由多种密码子编码(即密码子简并性),如亮氨酸的密码子就有6种。
下列相关叙述错误的是( )
A.从理论上分析,亮氨酸被利用的机会多于色氨酸
B.密码子的简并性对生物体的生存发展有重要意义
C.同一种密码子在不同细胞中可以决定不同的氨基酸
D.决定亮氨酸的基因中被替换一个碱基对时,其决定的氨基酸可能不变
解析:
选C 由于亮氨酸所对应的密码子的种类多,理论上分析,亮氨酸被利用的机会增多。
密码子具有通用性,几乎所有生物共用一套密码子。
3.如图代表的是某种tRNA,对此分析正确的是( )
A.tRNA由四种脱氧核苷酸构成
B.tRNA参与蛋白质合成中的翻译过程
C.图中tRNA运载的氨基酸的密码子(之一)为GAC
D.tRNA中不存在碱基互补配对
解析:
选B tRNA由四种核糖核苷酸构成;tRNA在翻译过程中作为运载氨基酸的工具;题图中tRNA上的反密码子为GAC,故mRNA上的密码子应为CUG;tRNA由一条核苷酸链折叠成三叶草形,其上部分碱基进行互补配对。
4.密码子简并性对生物体生存发展的意义是( )
A.使少量的基因控制合成大量的蛋白质
B.使少量的mRNA分子就可以合成大量的蛋白质
C.简并的密码子对应相同的反密码子
D.增强容错性,保证翻译速度
解析:
选D 多聚核糖体的意义是使少量的mRNA分子就可以合成大量的蛋白质;简并的密码子对应不相同的反密码子,决定同一种氨基酸;密码子简并性对生物体生存发展的意义是增强容错性,当转录形成的mRNA上某个密码子出现差错时,其对应的氨基酸可能不变,保证翻译速度。
5.关于下图的说法正确的是( )
A.图中分子所含元素种类相同,有五种碱基、八种核苷酸
B.图中遗传信息只能从DNA开始传递到RNA为止
C.图中所示的过程都要遵循碱基互补配对原则,且碱基配对方式都相同
D.该图可表示原核生物的基因表达过程,不能表示真核生物核基因的表达
解析:
选D 图中分子包括核酸和多肽,二者的元素组成不同,其中核酸分子含有5种碱基,8种核苷酸;遗传信息可以从DNA传递到RNA,再由RNA传递到蛋白质;转录和翻译都要遵循碱基互补配对原则,但配对方式不都相同,转录有A—T,翻译有A—U;原核生物的转录、翻译可同时进行,但真核生物不行。
6.下表是真核生物细胞核内三种RNA聚合酶的分布与主要功能,下列说法错误的是( )
名称
分布
主要功能
RNA聚合酶Ⅰ
核仁
合成rRNA
RNA聚合酶Ⅱ
核液
合成mRNA
RNA聚合酶Ⅲ
核液
合成tRNA
A.真核生物的转录场所主要是细胞核
B.三种酶的合成场所与其发挥作用的场所相同
C.三种酶作用形成的产物均可参与翻译过程
D.任一种RNA聚合酶活性变化都会影响其他两种酶的合成
解析:
选B RNA聚合酶属于蛋白质,在核糖体中合成,而蛋白质合成过程中需要这3种酶作用形成的产物(rRNA、mRNA、tRNA)的参与,故这3种聚合酶发挥作用的场所不同。
7.为在酵母中高效表达丝状真菌编码的植酸酶,通过基因改造,将原来的精氨酸密码子CGG改变为酵母偏爱的密码子AGA,由此发生的变化有(多选)( )
A.植酸酶氨基酸序列改变
B.植酸酶mRNA序列改变
C.编码植酸酶的DNA热稳定性降低
D.配对的反密码子为UCU
解析:
选BCD 改变后的密码子仍然对应精氨酸,氨基酸的种类和序列没有改变;由于密码子改变,植酸酶mRNA序列改变;由于密码子改变后C(G)比例下降,DNA热稳定性降低;反密码子与密码子互补配对,为UCU。
二、非选择题
8.下面的左图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图,右上图为其中一个生理过程的模式图。
请回答下列问题:
(1)图中Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别为:
____________、______________。
(2)完成过程①需要的物质是从细胞质进入细胞核的。
它们是__________________
__________________________________________________