domingo, 10 de mayo de 2015

FISIOLOGIA CELULAR:


La célula


Todos los seres vivos , simples o complejos , están constituidos al menos por una célula, por lo cual la célula es la unidad estructural de todo ser vivo.

Todos los procesos que tienen lugar para mantener la vida se desarrollan en las células. Estas se especializan y en los organismos complejos , son diferentes dependiendo de la función que realizan. Es por ello que las células son la unidad funcional de los seres vivos.

Las células se clasifican en dos grandes  grupos. Esta clasificación guarda relación con su proceso evolutivo.


Las células procariotas 


Las procariotas son células pequeñas y de estructura muy sencilla. Carecen de envoltura nuclear (carioteca), con lo cual el contenido del núcleo está diseminado en la zona central del citoplasma. Las procariotas constituyen microorganismos unicelulares de vida muy simple. Como ejemplos de este tipo están las arqueobacterias, las bacterias y las algas verde azuladas llamadas cianobacterias. Estas últimas son fotosintéticas, ya que transforman la energía lumínica en energía química, almacenada en carbohidratos. Pueden vivir sobre las rocas, los suelos húmedos y las aguas dulces o saladas. Se supone que las cianobacterias fueron las que formaron el oxígeno que se liberó en la primitiva atmósfera terrestre. 









Las bacterias son procariotas que tienen una longitud que oscila entre 1 y 10 micras. Todos sus componentes se encuentran libremente dentro del citoplasma, incluido el ácido desoxirribonucleico (ADN), que se pliega y se enrolla hasta formar el único cromosoma, estructura ubicada en una zona del citoplasma llamada “nucleoide”.

Las procariotas poseen un citoesqueleto que se involucra en la protección, la forma y la división celular. La parte más periférica de esta célula presenta una pared celular compuesta por mureína, sustancia formada por glúcidos y aminoácidos que le da rigidez y forma a la célula. La pared celular está rodeada de poros y protege a las procariotas de agresiones externas. La pared no es selectiva, ya que permite la entrada de agua, oxígeno y sustancias vitales, como así también la salida de sustancias celulares de desecho.

La pared celular es responsable del aspecto que adoptan las bacterias. Las formas redondeadas se denominan cocos, las alargadas en forma de bastón son los bacilos, las que tienen forma de espiral son espiroquetas y las que parecen como una coma son los vibrios. Hay bacterias que poseen una membrana externa lipoproteica que rodea a la pared celular.











Para clasificar los distintos tipos de bacterias se utiliza una técnica llamada tinción de Gram, que consiste en colorearlas para observar como reaccionan las paredes celulares al colorante. Aquellas que se tiñen de color azul o violeta se denominan bacterias Gram positivas, ya que sus gruesas paredes de mureína retienen el colorante. Las bacterias que no se tiñen son Gram negativas, y se caracterizan por tener una doble membrana lipídica con una fina pared celular entre ambas.










Células eucariotas




Las células eucariotas son más complejas; según la teoría evolutiva, aparecieron millones de años después que las células procariotas; desarrollaron mayor tamaño y estructuras internas a las que hoy se les da el nombre de organelos celulares. Se caracterizan por poseer un núcleo delimitado por una membrana nuclear y un sistema de membranas internas.



Las células son estructuras complejas que crecen, respiran, se alimentan, se relacionan, se reproducen y eliminan sus desechos por sí solas.


POSTULADOS DE LA TEORIA CELULAR




En 1665, Robert Hooke propuso el nombre de “célula” a los compartimientos observados con el microscopio en un trozo de corcho. Pocos años después, Anton van Leeuwenhoek pudo descubrir las características de los glóbulos rojos, de los espermatozoides y de diversos microorganismos presentes en aguas estancadas.


Theodor Schwann, en 1839, postuló el primer principio de la teoría celular, al señalar que todos los seres vivos están formados por células. Diez años más tarde, Rudolf Virchow propuso el segundo principio, al sostener que todas las células provienen de otras células. El concepto moderno de teoría celular se puede resumir en los siguientes postulados:

1-Todo ser vivo está formado por una o más células.

2- La célula es lo más pequeño que tiene vida propia, ya que todas las reacciones químicas de los organismos suceden en su interior.

3- Toda célula procede de otra célula preexistente.

4- El material hereditario se transfiere de la célula madre a las hijas.

Cada célula es un sistema abierto que intercambia materia y energía con el medio que la rodea. En una célula es posible que se realicen todas las funciones vitales, de modo que basta una sola célula para que exista un ser vivo. En consecuencia, es posible afirmar que la célula es la unidad fisiológica, la mínima expresión de vida.

El tamaño de las células es muy pequeño, imposible de ver a simple vista. Para poder medirlas se utiliza la micra (micrón), que equivale a la milésima parte de un milímetro y se simboliza con la letra griega μ (mu). Si tenemos en cuenta que el diámetro de un glóbulo rojo tiene una longitud aproximada de 7 μ, en un milímetro podrían ordenarse, uno al lado del otro, alrededor de 143 glóbulos.

Hay células de tamaños muy variados, con menos de un micrón como algunas bacterias y con longitudes de varios centímetros como las neuronas, células nerviosas con largas y delgadas prolongaciones llamadas axones. En general, se admite que el promedio de las células animales se ubica entre 10 y 20 µ, mientras que las vegetales son de alrededor de 20 a 35 µ. La forma que adoptan las células tiene que ver con la función que realizan. Las hay esféricas, oblongas, cilíndricas, poliédricas, estrelladas, etc. Las células se componen de estructuras diversas según la función que cumplan. Suponiendo que un durazno fuera una célula, la cáscara correspondería a la membrana plasmática, la parte carnosa de la fruta sería el citoplasma y el carozo el núcleo. Dentro del citoplasma están las organelas celulares, que cumplen funciones específicas.



Los hongos, algas unicelulares, los  protozoos (microorganismos formados por una sola célula), los metazoos (animales multicelulares) y los vegetales están constituidos por células eucariotas. Por lo tanto, las eucariotas dan origen a organismos uni y pluricelulares, y están presentes en la mayoría de los animales y vegetales. Igual que casi todas las células procariotas bacterianas, las células eucariotas de los vegetales poseen una gruesa pared externa compuesta de polisacáridos, específicamente de celulosa en el caso de los vegetales superiores. Esta pared, que es externa a la membrana plasmática, está en contacto íntimo con otras células. Brinda protección y es responsable de la forma que adoptan las células. Las eucariotas de animales no poseen pared celular, siendo la membrana plasmática la que limita el espacio extracelular con el intracelular.



La estructura celular




La célula eucarita posee tres estructuras fundamentales: La membrana celular, el citoplasma y el núcleo

En general, las eucariotas tienen un tamaño diez veces más grandes que las procariotas. Las células eucariotas se estudian dentro de dos grandes grupos: eucariotas animales y eucariotas vegetales. Ambos tipos de células poseen una membrana celular y una membrana nuclear. Dentro del citoplasma hay organelas diferenciadas para cumplir funciones específicas, como mitocondrias, retículos endoplasmáticos liso y granular, aparato de Golgi, lisosomas, ribosomas, centríolos, vacuolas, microtúbulos y microfilamentos.  







1. nucléolo, 2. Núcleo, 3. Ribosoma, 4. vesícula, 5. Retículo endoplásmico rugoso, 6. Aparato de Golgi. 7. Citoesqueleto. 8. Retículo endoplasmico liso, 9. Mitocondria, 11. Citoplasma, 12, Lisosoma



Los organelos celulares y su función

Al describir las diferentes funciones de las estructuras de la célula, de una manera didáctica haré una analogía con el funcionamiento de una fabrica



La membrana celular, el núcleo y los organelos celulares trabajan de forma coordinada para realizar funciones como la respiración, el transporte de nutrientes, la eliminación de desechos y la reproducción. 

Observemos más de cerca el funcionamiento de la célula.

La membrana celular


Dentro de la fabrica correspondería a la portería, lugar a través del cual   se controla el ingreso  y la salida de materiales

Las membranas celulares cumplen distintos papeles:
  1. Compartimentalización: la membrana plasmática define y limita la célula y mantiene las diferencias entre el contenido citosólico y el exterior celular;
  2. Protección de la célula frente a posibles agresiones externas.
  3. Mantenimiento de la presión osmótica.
  4. A través de la membrana entran moléculas, en su mayor parte nutrientes, y salen otras que pueden ser productos de desecho o de secreción elaborados por la célula. Ese movimiento de moléculas a través de la membrana es selectivo, es decir discriminan sustancias que pueden o no atravesarla. Esta permeabilidad selectiva le permite mantener estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímicoDe esta manera se pueden establecer gradientes iónicos que pueden ser utilizados para la síntesis de ATP, el movimiento transmembrana de solutos específicos o, en ciertos tipos celulares, producir y transmitir señales eléctricas.
  5. Reconocimiento y transducción de señales externas.
  6. Establecimiento de interacciones intercelulares o con componentes de la matriz extracelular
  7. Poseen receptores químicos que se combinan con moléculas específicas que permiten a la membrana recibir señales y responder de manera específica, por ejemplo, inhibiendo o estimulando actividades internas como el inicio de la división celular, la elaboración de más glucógeno, movimiento celular, liberación de calcio de las reservas internas, etc
  8. Regulan la identidad celular.
  9. Determinantes de la forma celular y condicionantes de la motilidad y los procesos de secreción y endocitosis
La membrana celular se compone de moléculas como lípidos, proteinas, azúcares y colesterol. Las proteinas flotan entre los lípidos a modo de fluído y tienen libre movimiento a su alrededor; por esta razón y por la gran cantidad de sustancias que componen la membrana, a este modelo estructural se le denomina mosaico fluido.
Los lípidos están representados por una doble capa de fosfolípidos y por otros lípidos como el colesterol, este último solo en eucariotas animales. La formación de la bicapa se debe a que los fosfolípidos tiene una cabeza con carga eléctrica afín al agua, región hidrofílica, y una región hidrofóbica que repele el agua. Esta doble capa se dispone de tal forma, que la parte hidrofílica queda en contacto directo con el agua del citoplasma y del exterior de la célula, mientras que la parte hidrofóbica se acomoda hacia el interior de la membrana.
Dentro de la bicapa de fosfolipidos se encuentran incrustadas proteínas que conforman canales y bombas.

Existen diferentes  proteínas las cuales cumplen diferentes funciones:
Transporte: Establecen canales a manera de poros  por donde entran y salen sustancias de la célula. Son las proteínas integrales.
Reconocimiento: Reconocen y se unen a receptores de ciertas moléculas que son importantes para la célula como nutrientes, hormonas, neurotransmisores etc.
Receptoras: permiten que en las células se den respuestas cuando tienen contactaron algunas sustancias del fluido extracelular
Regulan la identidad celular: Por medio de glicoproteinas y glicolípidos, haciendo posible identificar a las células que provienen de otros organismos como en el caso de los marcadores de sangre tipo A, B AB y O los cuales permiten identificar sangres compatibles





En la estructura de la membrana están incluidas moléculas de carbohidratos las cuales le permiten a las células identificarse  entre sí, mantenerse unidas y seleccionar las sustancias que pueden ingresar o salir de ellas.


Hay organelos en las células eucariotas que también tienen membranas con una conformación similar a la de la membrana celular. Es común nombrarlas de acuerdo con el organelo   al que pertenecen, así encontramos: membrana mitocondrial, del retículo, del cloroplasto, nucleares y de las vacuolas.

La membrana plasmática se une a las membranas plasmáticas de las células vecinas mediante estructuras engrosadas llamadas dermosomas. De la función mecánica de los dermosomas  dependen que las células estén bien ligadas entre sí, por medio de filamentos proteicos anclados al citoesqueléto. Son abundantes en tejidos donde hay tensión mecánica importante como en la piel y el músculo cardíaco.



El citoplasma


Es todo el material celular comprendido entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. Contiene una matriz denominada citosol, en la que encuentran las sustancias necesarias para el mantenimiento de la célula y los organelos que ocupan cerca de la mitad del volumen celular. Está constituido 85% de agua y un 15% de proteínas, aminoácidos, sales y minerales





El citoesqueleto es una serie de filamentos proteicos responsables de la forma celular y de facilitar el movimiento de los organelos . Actúa como una conexión entre las distintas partes de la célula. El citoesqueleto se destruye y se vuelve a reconstruir, por lo que no es una estructura permanente de la célula. Se forma a partir de tres componentes proteicos: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios.


Los microfilamentos son estructuras formadas por proteínas, denominadas actina  Permiten el movimiento de sustancias dentro de la célula, así como los movimientos y cambios celulares, incluida la división citoplasmática.

los filamentos intermedios son fibras que se encargan de mantener la forma celular

Los microtúbulos son estructuras huecas compuestas por una proteína denominada tubulina. Dan forma a la célula y posibilitan su movilidad, mediante la formación de estructuras en forma de pelos, llamados cilios, o en forma de látigo, denominados flagelos.





El núcleo celular




En nuestra fabrica, el núcleo actúa como un departamento de supervisión y gerencia. Es el encargado de controlar todas las actividades que se llevan a cabo en el interior de la fabrica (célula)




El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucariota  tanto por su morfología como por sus funciones. Usualmente  ocupa la parte central de la célula y  actúa como centro de control de casi toda la actividad hereditaria.

El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:


  1. Almacenar la información genética en el ADN y su duplicación.
  2. Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.
  3. Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.
Está delimitado por dos membranas concéntricas, la carioteca


La carioteca,  se conecta de manera directa con el retículo endoplásmico y posee numerosos orificios o poros por donde salen hacia el citoplasma moléculas de ARN mensajero que serán leídas por los ribosomas, proteínas y ARN ribosómico, precursor de los ribosomas. Las sustancias que ingresan por los poros del citoplasma al núcleo son proteínas sintetizadas por los ribosomas citoplasmáticos. Los poros nucleares regulan en forma selectiva el pasaje de sustancias. Una de las funciones de la carioteca es proteger al ADN intranuclear de las distintas reacciones que se producen en el citoplasma.

El jugo nuclear es una sustancia que llena todo el núcleo, formada por una solución coloidal que contiene agua, carbohidratos, enzimas y ATP, entre otros.


Dentro del núcleo y en íntimo contacto con el jugo nuclear se encuentra la cromatina, que son filamentos muy largos y numerosos de ADN que se enrollan a moléculas de proteínas especiales llamadas “histonas”. Toda vez que una célula inicia su división, los filamentos de ADN se pliegan entre sí dando lugar a la formación de cromosomas. En un determinado lugar de los cromosomas se ubican los genes, que son subdivisiones o porciones de ADN. Es decir, cada gen es una secuencia de ADN que almacena información que se transmite a la descendencia.

Otra formación presente dentro del núcleo es el nucléolo, pequeña estructura de forma redondeada y sin membranas. Cuando las células comienzan a reproducirse (mitosis) el nucléolo desaparece, haciéndose nuevamente visible al final de la mitosis. El nucléolo contiene ADN ribosómico, fundamental para el proceso de fabricación de ARN (transcripción), que ha de sintetizar los ribosomas del citoplasma. Se ha comprobado que el nucléolo actúa como un regulador del ciclo celular.


Las mitocondrias


Constituyen la  planta de energía de nuestra fabrica: 


Las mitocondrias son los organelos celulares  encargados de suministrar la mayor parte de la energía  necesaria para la actividad celular. Actúan, por lo tanto, como centrales energéticas de la célula ya que sintetizan ATP a través del proceso de respiración celular aeróbica, proceso por medio del cual se obtiene la energía necesaria para el funcionamiento celular y por lo tanto para la realización de las funciones vitales  de todo los seres vivos. 
La formula de la respiración celular aeróbica nos muestra como a través de una molécula de glucosa y seis de oxígeno se obtienen seis moléculas de agua, seis de dióxido de carbono y 38 moleculas de ATP.






El ATP es indispensable para el funcionamiento celular y su necesidad es mayor dependiendo de la actividad que realizan las células. Es por ello que los tejidos que tienen actividad permanente como el tejido nervioso y el músculo cardíaco están formados por células ricas en mitocondrias y a su vez dependen de un aporte continuo de oxígeno y nutrientes en especial la glucosa









Una mitocondria está rodeada por una membrana mitocondrial externa, dentro de la cual se encuentra la membrana mitocondrial interna, la cual emite pliegues hacia el interior para formar las crestas mitocondriales. Entre las dos membranas queda un espacio llamado cámara externa, mientras que la cámara interna es un espacio limitado por la membrana por la membrana mitocondrial interna, que se encuentra llena de un material denominado matriz mitocondrial. En el interior de las mitocondrias, localizadas en distintas porciones, se han podido identificar las enzimas que intervienen en el ciclo de Krebs, así como las que participan en las cadenas de transporte de electrones y la fosforificación oxidativa. 

Esto ha hecho que se compare a las mitocondrias con calderas en las que los seres vivos queman (oxidan) diferentes componentes para recuperar la energía que contienen y convertirla en ATP ( adenosín trifosfato)


El retículo endoplasmico









El retículo endoplasmático es un complejo sistema de membranas dispuestas en forma de sacos aplanados y túbulos que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno.Sus membranas se continúan con las de la envuelta nuclear y se pueden extender hasta las proximidades de la membrana plasmática, llegando a representar más de la mitad de las membranas de una célula. Debido a que los ácidos grasos que las componen suelen ser más cortos, son más delgadas que las demás. El retículo organiza sus membranas en regiones o dominios que realizan diferentes funciones. Los dos dominios más fáciles de distinguir son el retículo endoplasmático rugoso, con sus membranas formando túbulos más o menos rectos, a veces cisternas aplanadas, y con numerosos ribosomas asociados, y el retículo endoplasmático liso, sin ribosomas asociados y con membranas organizadas formando túbulos muy curvados e irregulares. La membrana externa de la envuelta nuclear se puede considerar como parte del retículo endoplasmático puesto que es una continuación física de él y se pueden observar  ribosomas asociados a ella realizando la traducción. 

Retículo endoplasmático rugoso



La principal misión del retículo endoplasmático rugoso es la síntesis de proteínas que irán destinadas a diferentes lugares: el exterior celular, el interior de otros orgánulos que participan en la ruta vesicular, como los lisosomas, o que formarán parte integral de las membranas, tanto plasmática como de otros orgánulos de la ruta vesicular. Además, el retículo endoplasmático rugoso tiene que sintetizar proteínas para sí mismo, denominadas proteínas residentes. Las proteínas integrales de la membrana plasmática se sintetizan en el retículo endoplasmático. Hay que tener en cuenta que las proteínas sintetizadas en el retículo que van destinadas a orgánulos concretos de la ruta vesicular deben tener unas secuencias de aminoáidos o modificaciones específicas (actuarán como señales) para que cuando lleguen a la zona de reparto del aparato de Golgi sean reconocidas y dirigidas a sus compartimentos diana correspondientes.


Ribosomas



Los ribosomas son estructuras globulares, carentes de membrana.
Están formados químicamente por varias proteínas asociadas a ARN ribosómico procedente del nucléolo. Pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplasmático. Unas proteínas (riboforinas) sirven de nexo entre ambas estructuras.
Su estructura es sencilla: dos subunidades (una mayor o otra menor) de diferente coeficiente de sedimentación.
Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARN mensajero, con órdenes de ensamblar los aminoácidos que formarán la proteína.
Son orgánulos sintetizadores de proteínas.



Retículo endoplasmático liso




Es un entramado de túbulos membranosos interconectados entre sí y que se continúan con las cisternas del retículo endoplasmático rugoso. No tienen ribosomas asociados a sus membranas, de ahí el nombre de liso, por tanto la mayoría de las proteínas que contiene son sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso. Es abundante en aquellas células implicadas en el metabolismo de grasas, detoxificación y almacén de calcio.
El retículo endoplasmático liso está involucrado en una serie de importantes procesos celulares de los que se pueden destacar la síntesis de  la mayoría de los lípidos requeridos para la elaboración de las nuevas membranas de la célula. Ademas es un centro metabólico de  detoxificación y almacenamiento de calcio entre otras funciones.





El aparato de golgi


En nuestra fabrica es el encargado de enpaquetar los productos para almacenarlos y distribuirlos tanto al interior como al exterior.


El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas. Pertenece al sistema de endomembranas. 


Constituido por un conjunto de sáculos o cisternas apilados y relacionados entre sí, los dictiosomas, rodeados de pequeñas vesículas membranosas.

Entre una y otra cara se dispone un nº variable de cisternas intermedias.





Funciones generales

La célula sintetiza un gran número de diversas macromoléculas necesarias para la vida, y el aparato de Golgi se encarga de la modificación, distribución y envío de dichas macromoléculas en la célula. Modifica proteínas y lípidos (grasas) que han sido sintetizados previamente tanto en el retículo endoplasmático rugoso como en el liso y los etiqueta para enviarlos a donde corresponda, fuera o dentro de la célula. 

SISTEMA DE VESÍCULAS




Las células eucariotas se caracterizan por el reparto ordenado y dirigido de moléculas entre sus diferentes compartimentos mediado por vesículas. Las vesículas son pequeños compartimentos delimitados por una membrana que transportan moléculas solubles y moléculas de membrana, que viajan en su interior o formando parte de la propia membrana de la vesícula, respectivamente. 
El transporte vesicular supone una gran ventaja puesto que se puede seleccionar qué moléculas deben transportarse y a qué compartimento diana deben dirigirse. Pero ademas, las moléculas que llegan en las vesículas son necesarias para establecer identidad del propio compartimento y por tanto para determinar las funciones que éste puede llevar a cabo. Si no existiera especificidad en el reparto no habría compartimentos diferentes. 
Una vez liberadas en el citosol, las vesículas son dirigidas hacia el organelo o compartimento diana, al cual reconocen, y con el que finalmente se fusionan. Entonces, las moléculas transportadas formarán parte del orgánulo diana y serán las responsables de su función. Sin embargo, otras moléculas sólo estarán de paso en ese compartimento y serán empaquetadas de nuevo en otras vesículas para dirigirse a otro compartimento celular. 




Las vacúolas 

                 


Funcionan como bodegas de almacenamiento. Son las encargadas  de almacenar sustancias de reserva para la célula como agua, azucares y grasas.


Una vacuola es un orgánulo celular presente en todas las células de plantas. También aparece en algunas células procariotas y eucariotas. Las vacuolas son compartimentos cerrados o limitados por la membrana plasmática ya que contienen diferentes fluidos, como agua o enzimas, aunque en algunos casos puede contener sólidos, por ejemplo azúcares, sales, proteínas y otros nutrientes.

La célula vegetal inmadura contiene una gran cantidad de vacuolas pequeñas que aumentan de tamaño y se van fusionando en una sola y grande, a medida en que la célula va creciendo. En la célula madura, el 90 % de su volumen puede estar ocupado por una vacuola, con el citoplasma reducido a una capa muy estrecha apretada contra la pared celular.

Los limosas

Reciben la materia prima que ingresa a la fabrica y los degradan  en piezas básicas para crear mercancías





El lisosoma es una vesícula delimitada por membrana. Contiene multitud de enzimas digestivas que sólo son activas a pH ácido (en torno a 5) por lo que no suponen peligro para la propia célula al no ser activas al pH característico del citosol (mucho más básico que el del interior del lisosoma). Para mantener el pH ácido en el interior el lisosoma cuenta con bombas de protones. Las enzimas lisosómicas son principalmente hidrolasas ácidas. Entre ellas se encuentran proteasas, lipasas, fosfatasas y nucleares. 

Los lisosomas que surgen del aparato de Golgi se conocen como lisosomas primarios. Para digerir orgánulos o microorganismos, estos lisosomas se fusionan con vesículas autofágicas o fagocíticas respectivamente, y forman lisosomas secundarios.

Los lisosomas participan en la digestión celular (son el estómago de la célula), y para ello contienen enzimas digestivas en su interior, que digieren (descomponen) la materia orgánica compleja, transformándola en moléculas más sencillas (polisacáridos en monosacáridos, proteínas en aminoácidos, etc,...).

Como resultado de la digestión se pueden generar residuos no digeridos, que quedan encerrados en unas vesículas denominadas cuerpos residuales y que son expulsados fuera de la célula por exocitosis.


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