生物物理课件

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生物物理学导论-11 PPT资料共45页

化看来是可能
• 的。这一因素就是已经提到过的悯联园子(5．4
节)，它做联
• 悯联因子已在纪粒体及叶绿 • 体和细菌市发现并分离出来。很可能，
从腆上去林佃联因子，
• 就会抑制A Lf的形成，而电了传递仍可
在这种腹k进行。当
• 把提纯的侗联因子送N到去空了的限系统
时，磷酸化作用被
• 恢复。
• 电子传说诱导构象变化的证抿来自这样nt研究，
然对单价窝子的
• 渗透显示出较大的阻力。K‘和Nal只有低
的渗透值，G]—也
• 有同样情况。这就是为何在自光合细菌
结合成宝泡的膜(裁色体)中，获取质子比叶绿体的类囊体少的线故。
PH梯废和膜电位
• 会产生这样的问题： ATP通过 • ATP朗的逆向作用酌合成，只是由于P2“f的PH
梯度项产生
• 的呢，抑或膜电位项也可完成这一任务。离子
• 砌后，外侧K‘浓度等于内侧R’浓度，就可利m
这一技术按
• 伏特表示的膜电位，通过式(5．31)来校淮吸收
带位移。在一
• 些光合作用细菌的色素细胞中，已由此测定出
光诱导的蜡电
• 位(由于电子传递穿址膜)为420毫伏，光诱导的
稳态电位
• 表5．4i；出了一些测丛PT”r的咆绍协和1d1组
份的实骆
• 结果，并与在同一实验小实际测定的合成适员
• 的预测化学计算，到目前为止未能被实
验证实)，但这一理论
• 至少可以对部份偶联机理提供正确的解
释就足以证明，更完
• 全的讨论是合理的。
质子移位
• 在光诱导的电子传递期间有可逆的质子
获
• 取过程，这是在叶绿体服中发现的，现
在这已是一个普遍现象

《生物物理课》课件

生物物理在环境保护领域的应用前景
1 2
生态毒理学
研究环境污染对生态系统的物理和化学影响，评估环境风险和制定相应的环境保护策略。
生态修复
利用生物物理的方法和技术，修复受损的生态系统，提高生态系统的稳定性和可持续性。
3
Байду номын сангаас
资源利用与可持续发展
研究如何合理利用自然资源，实现经济、社会和环境的可持续发展，例如能源利用和废物处理等。
生物系统的信息传递和调控
研究生物体内信息传递和调控的机制，如光合作用、听觉、触觉等感知觉的物理过程，以及神经系统的信息处理和传递。
生物物理的应用
医学影像技术
药物设计和筛选
利用X射线、超声、磁共振等物理手段进行医学影像诊断，为临床治疗提供重要依据。
通过研究药物与生物大分子的相互作用，利用计算机模拟等技术进行药物设计和筛选，提高药物研发的效率和成功率。
01
02
03
细胞膜电学特性
细胞膜具有选择通透性，能够控制带电粒子进出细胞，维持细胞内外电荷平衡。
跨膜电位
细胞膜内外存在的电位差，是细胞进行生物电活动的基础，对维持细胞正常功能具有重要意义。
离子通道
细胞膜上存在各种离子通道，控制特定离子的通透性，参与细胞的兴奋传导和信息传递过程。
细胞的电磁场
生物系统的物理规律
生物系统的力学规律
生物力学
研究生物体内力学规律的科学，主要关注生物运动、器官功能和生长等方面的力学特性。
骨骼力学
骨骼是生物体内重要的力学结构，其设计和功能与生物的运动和生存密切相关。
肌肉力学
肌肉是生物体内实现运动和功能的关键组织，其力学特性和工作机制对生物的运动和行为至关重要。

《生物物理》PPT课件

照片重构了病毒颗粒尾部的三维空间结构，从而开辟了分子生物学领域中
一个崭新的结构研究领域。其后相当一批生物大分子的结构，其中包括一
些膜蛋白，应用电子晶体学方法被确定下来。在这些成果中， Henderson
和Unwin于1975年发表的关于细菌视紫红质（BR）的7埃分辨率的工作是电
子晶体学上的一个里程碑，该工作第一次给出了膜整合蛋白的结构。1982
分辨率/nm 0.3 0.24 0.3 0.18 0.31 0.25 0.28 0.28 0.29 0.25 0.32
报道时间 1985 1992 1992 1992 1995 1995 1995 1996 1997 1997 1998
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3
蛋白质晶体的类型
由于分子之间相互作用的性质不同，蛋白分子可以形成三种不同类型的晶体，即三维晶休、二维晶体和二维晶垛(stacks of 2D crystals)。其中，维系分子之间形成三维晶体的相互作用主要来自亲水相互作用；而在二维晶体中，膜包埋区域疏水相互作用是维系晶体结构的主要作用；对二维晶垛，膜包埋区域仍是疏水作用，而层间则是亲水作用。
年Klug因此获得了诺贝尔化学奖完。整版课件ppt
15
电子晶体学的发展
最近十年来，随着计算机图像处理技术、电子显微镜技术及生物样品二维结晶技术的发展和完善，电子晶体学已经发展成为一种X射线晶体学所不可替代的生物大分子空间结构分析的有效手段。
Henderson等人于1990年把细菌视紫红质的研究提高到了3.5埃的分辨率，并在此基础上提出了这种蛋白质的一种原子模型。用体外重组方法生长的一些膜蛋白的二维晶体，如细菌外膜的porin OmpF和 PhoE，植物捕获光能复合体 LHC-II等，都获得了接近原子水平的空间结构。用脂单层方法生长的水溶性蛋白质straptavidin的二维晶体，也获得了3埃的高分辨率。

生物物理技术-1课件

激发三重态：分子吸收能量，电子自旋不再配对，为三重态，称为激发三重态，以T1，T2….表示。
基态：电子自旋配对，多重度=2s+1=1，为单重态，以S0表示。
三重态能级低于单重态（Hund规则）
（二）荧光光谱与吸收光谱
荧光光谱术：
又称荧光分光光度术，属于光谱技术中的一种发射光谱术。其原理是电磁波和物质作用后，物质首先吸收电磁波的能量，然后再重新发射电磁波。激发波段在100-800nm之间，相当于紫外与可见光波段。
三、荧光光谱仪与主要参量
（一）荧光光谱仪（二）荧光分光光度术中的参量
（一）荧光光谱仪
凡是用于研究光的吸收、发射和散射的强度与波长关系的仪器，均称之为光谱仪或分光光度计。这些仪器通常都是由光源、单色器、样品室、检测器和显示器等5个基本单元组成。
1、激发光源
在紫外-可见光区，可供荧光激发用的光源很多包括：钨灯，碘钨灯，氢灯，氘灯，汞灯，氙灯等。主要根据光源稳定性和强度选择光源。
溶液粘度
旋转弛豫时间rotational relaxation time —
（二）荧光分光光度术中的参量
4、荧光寿命（Fluorescence liftime --）荧光衰减为原来激发时最大荧光强度的1/e所需要的时间
I = I0e-kt , =1/k 表示分子处于激发态时间的长短（平均值），约ns级。
1）荧光强度的定义：在一定激发波长(λex)作用下，发射的荧光强弱。
F=Ia 2） =发射光子数/吸收光子数
Lambert-Beer定律：
Ia=I0-I，I=I010-εcL
F = I0(1-10-εcL )
{当C很低时F= I0εcL ，

生物物理学导论-08

由于它们的负电荷和新的杂化分子轨道的形
成而很稳定。
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16
化合物的水解标准自由能
ATP并非生物系统中具有这一特征的仅有的磷酸化合物，实际上，有许多其它磷酸化合物还有更多的(较多的是有更低的)水解标准自由能。
表5．1简列了生物系统中一些化合物的水解标准自由能，从表中可见，ATP实际上处于水解标准由能区间的中间，这对于通过具有共同中间体的偶联反应来传递能量的功能，是非常合适的。
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17
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18
偶联反应
在偶联反应中，一个具有负自由能变化的反应，可以用来“起动”另一个具有正自由能变化的反应。
例如，考虑反应
A⇆P+Q 反应的自由能变化为
Ga A P Q
&#
RT
ln
C pCQ
/ CA
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19
考虑反应 P+B⇆R
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4
光合作用过程
在光合作用中，一种专门的分子在所谓反应中心内的激发，导致一初级氧化—还原反应，还原反应又启动同一类型的反应序列。这样的最终结果是氢的给体H2A的氧化，伴随着产生较强的还原剂H2X；
H2A + X + 光——H2X + A
在光合细菌中，A可以是从硫到有机基团的各种物质。
反应的自由能变化为
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8
水解反应
能量捕获的形式发生在化合物三磷酸腺苷 (ATP)中，它是在食物逐步氧化时产生的。水解反应
ATP + H2O——ADP + Pi
伴随能量的释放。式中， ADP为二磷酸腺苷 Pi代表无机磷酸根。

生物与生理的物理化学基础课件

6
平衡态热力学
• 热力学的基本概念 • 热力学第一定律 • 热力学第二定律
7
1.1平衡态热力学
热现象是与温度有关的、使物质性质发生改变的基本现象。从微观上看，热现象是组成物体的微粒做一种永不停息的、无规则的热运动的结果。人们对热现象不断地分析、归纳，总结出热现象的宏观理论——热力学。
• 热力学是研究热现象的宏观理论。 • 经典热力学是唯象的理论。
（1）容量性质状态函数此类参数的数值与系统中物质的量成正比，即整个系统的容量性质状态参数的数值，是系统各部分该参数数值的总和。例如，一杯水的体积是各部分体积的总和，所以体积是容量性质状态参数。其他如质量、热容量等也均是容量性质状态参数。
（2）强度性质状态函数此类参数的数值与系统中物质的量无关，即整个系统的强度性质状态参数的数值与系统各部分该参数的数值相同。例如，一杯水的温度与水的数量无关，各部分水的温度与整杯水的温度是同一数值，所以温度是强度性质状态参数。其他如压力、比容、密度等等亦是强度性质状态参数。
• 相互作用能主要指系统内部具有克服粒子间相互作用力所形成的粒子位能，也称系统的内位能，它是比容和温度的函数；
17
• 系统的热力学能是其质量、温度和比容的函数，也是一个状态函数，通常用U表示，单位为焦耳（J）。
U=f(m,T,v)
• 由此可见，热力学能具有以下性质：
（1）系统的状态一定时，其热力学能是一单值函数；
10
•在热力学的研究中，作为研究对象的物质及其发生变化的范围必需作出明确的规定。此
范围称之为系统，而在系统以外、与系统密切相关且影响所及的部分称之为环境。
•系统与环境的关系：三类系统
孤立系统，与环境无能量和物质的交换；

MORA生物物理治疗仪PPT精品课程课件讲义

请注意：所有大于绝对0度的物质都会产生电磁波，生活中的
常见物质产生的电磁波从高到低排列顺序是：房屋、棒球、细
胞、病毒、水分子。根据物质波普的大小来检测和分析物质。如果对人体没有伤害便可以直接用于人体研究、检测和医疗。
• 1、应经常对居室通风换气，保持室内空气畅通。 • 2、使用手机电话时，尽量减少通话时间；手机天线顶端要尽可能偏离头部，尽量把天线拉长；观察到手机信号接通后，再移到耳边；在手机电话上加装耳机， • 3、电脑使用不要时间太长，要离电脑75cm以上。 • 4、建议每天可服用一定量的维生素C，或者多吃些富含维生素C的蔬菜，如辣椒、柿子椒、菜花、菠菜、蒜苗、甘蓝、小白菜、水罗卜、红罗卜、甘薯等；少吃微波炉煮的食物（会破坏食物中蛋白质的结构） • 5、多食用新鲜水果如柑橘、枣、草莓、山楂等。注意多吃一些富含维生
物理学奖就是基于这篇论文及物质波理论。 3、Mora软件中存储的数千种过敏原的物质信息就是数千种
物质的波形频率信息。
1、机械波是周期性的振动在媒质内的传播，
2、电磁波是周期变化的电磁场的传播．
3、物质波既不是机械波，也不是电磁波．物质波乃是一种几率波．德布罗意波的统计解释粒子在某处邻近出现的概
2.在机体内环境组织（细胞和组织间液），生物电磁系统是储存和持续的传送生物信息（正常体温时）的最终媒介。 3．水、生理盐水和酒可以很有效的储存电磁信息，它们的分子丛的结构特点决定了这个特点。此特点能被用于治疗中。 4．物质电磁信号，包括病人本身的生物电磁信号，是可以用来治疗疾病的。
生物磁学（科学） 1、鸽子的认家（导航）与地磁场有关。
交流电：波长可达数千公里（如果需要，还可以制造出波长更长的。
无线电波：长波（波长在几公里至几十公里）；中波（波长约在3公里至约50米）；短波（波长约在50米至约10米）；微波：波长范围约10米至1毫米。应用：无线电广播和通信使用中波和短波；电视、雷达、手机使用微波。红外线：波长约0.75微米至1毫米。可见光：波长通常是780至380纳米，人眼可见的光。可见光又细致划分为：红 750~630纳米；橙 630~600纳米；黄 600~570纳米；绿 570~490 纳米；青 490~460纳米；蓝 460~430纳米；紫 430~380纳米。紫外线：可见紫色光以外的一段电磁波,波长约在 10 至400 纳米。 X射线：波长约在 0.01埃至 10 纳米。（1纳米=10埃）。伽玛射线及宇宙射线：通常波长更短，理论上可达无穷短。

生物物理学PPT课件

研究细胞和组织的力学、电学和光学等物理性质，以及它们在细胞分裂、迁移和肿瘤生长等方面的作用。
生物物理学的重要性
促进生物学和物理学的发展
生物物理学的发展推动了生物学和物理学领域的理论和技术进步，促进了两个学科的交叉融合。
医学与健康的应用
生物物理学在医学和健康领域有着广泛的应用，如医学影像技术、放射治疗、药物研发和康复工程等。
02
它利用物理学的理论和方法来研究生物系统的结构和功能，以及生物分子之间的相互作用和能量转换等。
生物物理学的研究领域
生物大分子结构与功能
研究生物大分子的结构和动力学性质，以及它们在细胞代谢、信号转导和基因表达等方面的功能。
细胞与组织的物理性质
生物系统的信息传递
研究生物系统中信息的传递和加工，包括神经系统的电信号传递、视觉系统的光信号转导和基因表达的调控机制等。
信号转导途径
信号转导途径包括G蛋白偶联受体介导的信号转导、酶联受体介导的信号转导和离子通道受体介导的信号转导等。
信号转导的调节
信号转导受到多种因素的调节，包括磷酸化、去磷酸化、泛素化等。
细胞骨架与细胞运动
细胞骨架的组成
细胞骨架由微管、微丝和中间纤维组成，对维持细胞形态和结构具有重要作用。
神经网络的信号传递
总结词
神经网络的信号传递是神经生物物理学的重要研究内容，它涉及到突触传递、神经元之间的信息交流和神经网络的整合作用等。
总结词
神经网络的信号传递对于神经系统的高效工作至关重要，它涉及到学习、记忆、注意等多种认知过程。
详细描述
突触是神经元之间信息传递的关键结构，通过突触前膜释放神经递质，与突触后膜上的受体结合，引发突触后电位或动作电位，实现信息的传递。

生物物理学导论-10.ppt

假设膜隔离带有不同浓度电解质C+A-的两个小室I和II，且只可透过一种符号的离子如正离子 C+ 。在平衡时，当一克分子这种正离子从I移II 时，自由能的变化为零；
G~C II~C I
式中 ~C 是电化学势，由化学部份和电学部
份ZF 组成。其中：Z代表离子价，F代表法拉弟常数，ψ代表电位。对电位差求解，得到
能斯特(Nernst)方程
将适当的电化学势表达式代入上式，我们得到
C 0 R lC n C I T Z C F I C 0 R lC n C I T I Z C F II
对电势差求解，得到
III ZRCFTlnC CCC III
该式常称为能斯特(Nernst)方程。电位差与两边浓度比的对数成正比。
被动传输与主动传输
被动传输是溶质在热力学梯度方向上的扩散。主动传输是溶质在与热力学梯度相反方向上的
运动。
主动传输需要有能源，以及将能量送入传输过程的偶联机理。
选择性是膜本身通透性的结果，常由传输的特殊的分子机理决定。
在细胞或细胞器中，可以发现溶质的浓度在膜的内侧和外侧之间有很大的差别，即使膜可以透过这种溶质也有这种观象。
ds vsdP
式中vs是溶剂的克分子体积。
在适当的范围内积分式
d vdP s0II
0
PII
s0I
s
PI s
如假定溶剂是不可压缩，可得
s 0 I I s 0 I v sP I IP I
将两式加以整理，得到
PIIPI RvsTlnxsII
定义PII一PI＝π为渗透压
令xs＝1—XA 这里XA是溶质的总的克分子分数，可将渗透压用溶质浓度来表达。对于稀溶液， XA相对于Xs来说是很小的，于是可以作成近似

生物物理技术的PPT

1.3 Alamar Blue 法
原理：此试剂的主要成分是一种氧化还原指示剂其在氧化状态下呈现紫蓝色无荧光性，而在还原状态下，转变为呈粉红或红色荧光的还原产物，其吸收峰为530－ 560nm。在细胞增殖过程中，细胞内NADPH/NADP、 FADH/FAD、 FMNH/FMN和
NADH/NAD的比值升高，处于还原环境。摄入细胞内的染料被这些线粒体酶还原后释
产生的甲臜产物不溶于水，需被溶解后才能检测。生成的甲瓒不易
充分溶解。测试后的细胞不能继续培养。
图2.MTT处理后的显微图像
图3. Morteza等用此法检测到不同浓度SPIONs处理下心脏细胞，脑细胞，肾细胞数量的变化
1.2
CCK-8试剂盒法
原理： WST-8是一种类似MTT的化合物，在电子耦合试剂存在的情况下，
是大分子, 只有靶细胞膜完全被破坏后才能释放出来，不能较早的反
映细胞的存活状况。影响因素较多, 例如, 培养基、测定环境的温度、 p超顺磁性纳米颗粒等不同纳米颗粒对PC 12细胞后细胞活力的变化。
3. 针对细胞凋亡的检测（形态学观察）
在荧光显微镜下，吖啶橙染色后，活细胞核染色质呈现均匀分布的黄绿色荧光, 胞质呈橘红色荧光，而凋亡细胞核染色质的黄绿色荧光浓聚在核膜内侧。
图7.台盼蓝染色后的显微图像
4.3 乙酰氧甲基钙黄绿素和溴化乙锭
原理：乙酰氧甲基钙黄绿素，是电中性的酯分子，可以通过扩
散进入细胞，一旦进入细胞就会被酯酶转化为带绿色荧光的钙黄
绿素分子。相反，若细胞损坏或死亡，本身不能渗透进入细胞的溴化乙锭与核酸结合，可激发发红色荧光，在495nm出激发，乙酰
氧甲基钙黄绿素和溴化乙锭分别在515nm、635nm荧光信号最明显。

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Uneven usage of codons may characterize a real gene!
Eukaryotic ORF prediction
Signals defining ORFs in eukaryotic genes: - Start codon: ATG - Stop codons: TAG, TGA, TAA - Splicing donor sites: usually GT - Splicing acceptor sites: usually AG
Gene Prediction
王秀杰
中科院遗传发育所
xjwang@
Ideal case
Real world
What is a gene?
The word gene was first used by Wilhelm Johannsen in 1909, based on the concept developed by Gregor Mondel in 1866. Wilhelm Johannsen’s definition of a gene :
The structure of eukaryotic (真核生物的) genes
The structure of eukaryotic (真核生物的) genes
Open Reading Frames (ORFs)
Protein coding gene prediction is to detect potential coding regions by looking for ORFs
New definition:
A gene is a locus (or region) of DNA that encodes a functional protein or RNA product, and is the molecular unit of heredity.
Gene Prediction
Gene
Gene prediction is the basic for functional studies
Finding all genes in a genome could be hard
Finding all the genes is hard
- Mammalian genomes are large 8000 km of 10 bp type
Signals defining ORFs in eukaryotic genes: - Start codon: ATG - Stop codons: TAG, TGA, TAA
- Splicing donor sites: usually GT - Splicing acceptor sites: usually AG
- Coding frame - Codon usage
Gene syntax rules
The common gene syntax rules for forward-strand genes:
Conceptual gene finding framework
Conceptual gene finding framework
- Only about 1% coding proteins
- Non-coding RNAs are more difficult to be predicted
The structure of prokaryotic (原核生物的) genes
Promoter structure of prokaryotic (原核生物的) genes
Six Frames in a DNA Sequence
Six Frames in a DNA Sequence
Codon usage selection in translation
Codon usage selection in translation
Codon usage in mouse genome
“The special conditions, foundations and determiners which are present [in the gametes (配子) in unique, separate and thereby independent ways [by which] many characteristics of the organism are specified.”
Gene prediction: To identify all genes in a genome
atgcatgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatgcg atgcatgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatgcg gctatgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttg gctatgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttg ggatttaccttggaatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttgggatttaccttgg ggatttaccttggaatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttgggatttaccttgg aatatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatgcggctatgcaa aatatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatgcggctatgcaa gctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcat gctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcat gcggctatgctaatgcatgcggctatgcaagctgggatcctgcggctatgctaatgaatggtcttgggatttaccttggaat gcggctatgctaatgcatgcggctatgcaagctgggatcctgcggctatgctaatgaatggtcttgggatttaccttggaat gctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttgggatttaccttggaatatgctaatgcatg gctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttgggatttaccttggaatatgctaatgcatg cggctatgctaagctgggaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatg cggctatgctaagctgggaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatg cggctatgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctcatgcggct cggctatgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctcatgcggct atgctaagctgggaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatgcggct atgctaagctgggaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgcatgcggct atgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctcggctatgctaatg atgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgcatgcggctatgctaagctcggctatgctaatg aatggtcttgggatttaccttggaatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttggg aatggtcttgggatttaccttggaatgctaagctgggatccgatgacaatgcatgcggctatgctaatgaatggtcttggg atttaccttggaatatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgac atttaccttggaatatgctaatgcatgcggctatgctaagctgggaatgcatgcggctatgctaagctgggatccgatgac aatgcatgcggctatgctaatgcatgcggctatgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgca aatgcatgcggctatgctaatgcatgcggctatgcaagctgggatccgatgactatgctaagctgcggctatgctaatgca tgcggctatgctaagct tgcggctatgctaagct