Carboidratos estrutura e classificação

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CARBOIDRATOS 
CONCEITO E IMPORTÂNCIA DOS CARBOIDRATOS 
Profa. Dra. Karoline Sabóia Aragão 
karolinearagao@gmail.com
SOCIEDADE DE ENSINO SUPERIOR DO CEARÁ FACULDADE INTEGRADA DO CEARÁ - FIC CURSO: NUTRIÇÃO
Disciplina: Bioquimica
 
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Carboidratos
 Moléculas orgânicas mais abundantes na natureza.
 Estrutura: (CH2O)n, podem conter N, P ou S .
 Sinonímia: sacarídeos, glicídios, glucídeos, hidratos de C, açúcares.
 Fornecem e armazenam energia (glicogênio e amido).
 Componente da membrana celular; da parede celular de bactérias; do exoesqueleto de muitos insetos e das fibras de celulose das plantas.
 Substratos de processos bioquímicos (glicólise e fermentação).
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Plantas e Vegetais: Fotossíntese
Animais: Respiração Celular
Mólecula de ATP
(glicose)
(glicose)
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Classificação
Monossacarídeos - (mono ‘um’ e sacarídeo ‘açúcar’)
Glicose	Frutose	Galactose 
Dissacarídeos - 2 monossacarídeos 
 Maltose		Sacarose	 Lactose
Oligossacarídeos - (oligo ‘poucos’) 3 a 12 monossacarídeos
Rafinose Estaquinose
Polissacarídeos – (poli ‘muitos’) > 12 monossacarídeos
Amido 	Glicogênio
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CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS
Podem ser classificados quanto a possibilidade de hidrólise:
OLIGOSSACARÍDEOS: açúcares que, por hidrólise, produzem de 3 a 10 monossacarídeos. 
Exemplos: octassacarídeos (8 monossacarídeos)
DISSACARÍDEOS: açúcares que, por hidrólise, produzem dois monossacarídeos. 
Exemplos: Lactose (galactose + glicose), Maltose (glicose + glicose), Sacarose (glicose + frutose).
MONOSSACARÍDEOS: açúcares simples que NÃO são quebrados em unidades menores. 
Exemplos: Glicose, Frutose e Galactose.
POLISSACARÍDEOS: açúcares que, por hidrólise, fornecem mais de 10 monossacarídeos. Exemplos: amido, celulose, quitina, glicogênio. 
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CLASSIFICAÇÃO DOS MONOSSACARÍDEOS
Podem ser classificados quanto ao número de Carbonos:
 TRIOSES: 3 carbonos
 TETROSES: 4 carbonos
 PENTOSES: 5 carbonos
 HEXOSES: 6 carbonos
 HEPTOSES: 7 carbonos
Podem ser classificados quanto ao grupo funcional:
 ALDOSES: apresentam grupo funcional aldeído
 CETOSES: apresentam grupo funcional cetona
Gliceraldeído
(Aldotriose)
Diidroxiacetona
(Cetotriose)
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Monossacarídeos  Grupo funcional
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Exemplos de Monossacarídeos
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Exemplos de Monossacarídeos
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Monossacarídeos de interesse biológico
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Centro quiral
Todos os monossacarídeos exceto a diidroxiacetona, contém dois ou mais átomos assimétrico (quiral) e assim ocorrem em formas isoméricas opticamente ativas.
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Não possui centro quiral
Centro quiral
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O carbono de referência é o gliceraldeido onde são designados de D isômeros aqueles com a configuração desse átomo de carbono de referencia.
Quando o grupo hidroxila esta no lado direito na formula de projeção, o açúcar é o D-isômero. 
Os átomos de carbono são numerados pela extremidade da cadeia mais próxima do grupo carbonila.
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Séries D e L: A presença de carbono com 4 ligantes diferentes denominado carbono assimétrico (C*) na estrutura do gliceraldeído confere a este composto isomeria óptica. Assim, o gliceraldeído apresenta isômeros, não observado para a diidroxiacetona.
D-gliceraldeído
L-gliceraldeído
 Um composto é a imagem especular do outro, originando assim 2 famílias ou séries para os carboidratos.
 Os carboidratos da série D são definidos como sendo aqueles que possuem a configuração do último átomo de carbono assimétrico idêntico ao do D-gliceraldeído, ou seja, a hidroxila (-OH) voltada para o lado direito. São os mais abundantes na natureza
 Os açúcares que tiverem a hidroxila (-OH) para o lado esquerdo são ditos da série L.
Isomeria óptica - Enantiômeros
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Isômeros
 Formula igual – Estrutura diferente
 Ex. frutose, glicose, galactose, manose
 C6H12O6 (hexoses)
Epímeros 
Diferem em apenas um átomo de C 
 Ex. glicose e galactose 
 -Epímeros em C4.
 glicose e manose
 -Epímeros em C2.
Obs.: a contagem do C inicia-se na extremidade do carbono que contém carbonila.
Isômeros e Epímeros
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Isômeros e Epímeros
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Isômeros e Epímeros
 H2 - C - OH 
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 C = O 
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H O – C – H 
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 H – C – OH
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 H – C – OH
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 H2 - C – OH
 D - Frutose
 H - C = O 
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 H – C – OH 
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H O – C – H 
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 H – C – OH
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 H – C – OH
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 H2 - C – OH
 D - Glicose
 H - C = O 
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 HO – C – H 
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H O – C – H 
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 H – C – OH
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 H – C – OH
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 H2 - C – OH
 D - Manose
Epímeros
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O nome Glucose veio do grego glykys (γλυκύς), que significa "doce"
Em soluções aquosas as aldotetroses e todos os monossacarídeos com cinco ou mais átomos de carbono na cadeia ocorrem predominantemente como estruturas cíclicas onde o grupo carbonila forma uma ligação covalente com o oxigênio do grupo hidroxila ao longo da cadeia.
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a-D-Glicose (C6H12O6)
a-D-Frutose (C6H12O6)
Linear e Acíclica 
(Projeção de Fischer)
Linear e Acíclica 
(Projeção de Fischer)
 Observa-se através das projeções de Tollens o surgimento de um novo carbono assimétrico (C* nº1 da glicose e nº2 da frutose), chamado carbono anomérico e uma hidroxila em substituição à carbonila (C=O), chamada hidroxila anomérica. 
 Observa-se também a possibilidade de novos isômeros que conferem a estes compostos as formas anoméricas alfa (a) e beta (b), dependendo da posição da hidroxila anomérica
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Linear e Cíclica
 (Projeção de Tollens)
Linear e Cíclica
 (Projeção de Tollens)
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 Observa-se através deste novo modelo, propriedades importantes como a capacidade de reduzir certos reagentes (poder redutor*) e a formação de polímeros (dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos)
*Poder redutor é a capacidade que a hidroxila anomérica tem, por ser altamente instável, de ceder juntamente com o H+, o seu elétron.
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Forma de anel (grupo aldeído ou cetona reagiu com um grupo álcool da mesma molécula).
 Menos de 1 % de cada monossacarídeo com 5 ou + átomos de carbonos ocorre na forma de cadeia aberta (acíclica).
 Carbono anômero: resultado da formação do anel, no C1 de uma aldose ou no C2 de uma cetose.
Semelhança com o composto cíclico furano. São chamados de furanoses.
Semelhança com o composto pirano. Chamados piranoses.
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FORMAÇÃO DE DOIS ESTEROISOMEROS , CHAMADOS ALFA E BETA.
Em solução ocorre mutarrotação: 
Processo em que os anômeros cíclicos α e β estão em equilíbrio e podem ser espontaneamente interconvertidos.
Enzimas distinguem essas estruturas.
 Ex. glicogênio sintetizado a partir da α-D-glicopiranose e a celulose da β-D-glicopiranose.
FORMAS ISOMERICAS QUE DIFEREM APENAS EM SUA CONFIGURAÇÃO AO REDOR DO ÁTOMO DE CARBONO DO HEMIACETAL, SÃO CHAMADOS ANOMEROS.
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Mutarrotação
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Formas piranose
Formas furanose
Glicose e frutose – isômeros alfa (a) e beta (b)
(a)
(b) 
(a)
(b) 
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Derivados de Monossacarídeos
a) Desoxiaçúcares: redução dos grupos hidroxilas
Um grupo hidroxila do composto original é trocado por um outro grupo substituinte, ou um átomo de carbono é oxidado a ácido carboxílico.
A substituição de OH por H
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b) Açúcares Carboxilados: açúcares que por oxidação formam os ácidos urônicos
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c) Açúcares Aminados: açúcares que apresentam em sua estrutura o grupo amina (NH2)
O NH2 esta quase sempre condensado com o ácido acético. Faz parte da parede celular das bactérias.
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d) Polióis: também chamados de poliálcoois, são formados pela redução do grupo aldeído ou cetona dos açúcares.
(Importância comercial: adoçantes)
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Monossacarídeos são agentes redutores
O íon Cu+ produzido em condições alcalinas forma 
um precipitado vermelho de óxido cuproso
Os açucares podem ser oxidados por agentes oxidantes relativamente suaves, tais como íon férrico (Fe3+) e cúprico (Cu2+). O Carbono do grupo carbonila é oxidado a carboxila. A glicose e outros açucares capazes de reduzir os íons férrico ou
cúprico são chamados de açucares redutores.
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 Unidos por ligações O-glicosidicas, a qual é formada quando um grupo hidroxila de uma molécula de açúcar reage com o átomo de carbono anomérico da outra molécula de açúcar.
 Esta reação representa a formação de um acetal a partir de um hemiacetal
LIGAÇÃO GLICOSÍDICA 
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LIGAÇÃO GLICOSÍDICA: 
A ligação que ocorre entre os açúcares para formar os polímeros (dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos)
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Dissacarídeos
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Dissacarídeos
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Oligossacarídeos
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POLISSACARÍDEOS: são compostos que quando hidrolisados, liberam acima de 10 monossacarídeos, podendo ser iguais (HOMOPOLISSACARÍDEOS) ou diferentes (HETEROPOLISSACARÍDEOS).
HOMOPOLISSACARÍDEOS
Cadeia linear
Cadeia ramificada
HETEROPOLISSACARÍDEOS
Cadeia linear com 2 tipos de monossacarídeos
Cadeia ramificada com 3 tipos de monossacarídeos
Homopolissacarídeos: forma de armazenamento de energia (amido e glicogênio) e componente estrutural de parede celular de vegetais e exoesqueleto (celulose e quitina)
Heteropolissacarídeos: suporte extracelular em muitas formas de vida e componente estrutural de parede celular de bactérias
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Entre os HOMOPOLISSACARÍDEOS mais importantes destacam-se:
Formado exclusivamente por moléculas de a-D-glicose ligadas entre si por ligações glicosídicas do tipo a 1,4 em sua cadeia linear e a 1,6 nas ramificações.
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Polissacarídeos
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Polissacarídeos
Amido
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Formado exclusivamente por moléculas de a-D-glicose ligadas entre si por ligações glicosídicas do tipo a 1,4 em sua cadeia linear e a 1,6 nas ramificações.
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Polissacarídeos
Glicogênio
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Polissacarídeos
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Formado exclusivamente por moléculas de b-D-glicose ligadas entre si por ligações glicosídicas do tipo b 1,4. Suas cadeias retas são interligadas por ligações cruzadas com o hidrogênio, o que confere uma estrutura helicoidal muito resistente.
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Polissacarídeos
Celulose
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Formado exclusivamente por moléculas de N-acetil-D-glucosamina ligadas entre si por ligações glicosídicas do tipo b 1,4. Suas cadeias retas são interligadas por ligações cruzadas com o hidrogênio, o que confere uma estrutura helicoidal muito resistente.
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Glicanos: Componente de peptideoglicanos da parede celular de bactérias Gram+ (Staphylococcus aureus). Forma um envelope que protege a bactéria de lise osmótica.
Formados por N-acetilglucosamina ligada ao ácido N-acetilmurâmico através ligação (14).
Entre os HETEROPOLISSACARÍDEOS mais importantes destacam-se:
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b) Glicosaminoglicanos: polímeros lineares constituídos por unidades dissacarídicas repetitivas formadas alternadamente por N-acetilglucosamina ou N-acetilgalactosamina unida através de ligação glicosídica a um ácido urônico.
 Alta densidade de compostos negativos força uma conformação estendida;
 Formam a matriz extracelular junto com proteínas (colágeno, elastina, fibronectina e laminina)
Ácido glucurônico
N-acetilgalactosamina
Galactose
N-acetilglucosamina
Ácido glucurônico e idurônico
Glucosamina
Ácido glucurônico e idurônico
N-acetilgalactosamina
Ácido glucurônico
N-acetilglucosamina
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Polissacarídeos
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01. O que são carboidratos? Cite suas classes e as diferenças entre elas.
02. Quais as principais funções biológicas dos carboidratos? Exemplifique.
03. Como os monossacarídeos são classificados considerando o grupo funcional? Cite exemplos de monossacarídeos compostos de 3 a 6 átomos de carbono de ambos os grupos funcionais.
04. Qual o monossacarídeo mais abundante na natureza?
05. Defina estereoisômeros e epímeros. Exemplifique.
06. Qual a relação entre os estereoisômeros e o número de carbonos assimétricos do açúcar?
07. Quantos esteroisômeros possuem a glicose? Quantos na forma D e quantos na forma L? Explique.
08. Escrever as equações de formação de um hemiacetal e de um hemicetal pela reação de aldeídos e cetonas com alcoóis.
09. Como ocorre a ciclização dos monossacarídeos?
Exercícios
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10. O que é o carbono anomérico? Quais são os anômeros da Glicose? E da Galactose?
11. O que é mutarrotação? 
12. O que são oligossacarídeos? Como pode ser definida a ligação glicosídica?
13. Escrever as estruturas dos dissacarídeos: maltose, trealose, lactose e sacarose indicando quais são redutores e não redutores. Evidencie a ligação glicosídica entre os monossacarídeos constituintes.
14. O que são polissacarídeos? Como podem ser classificados?
15. Quais as principais funções dos polissacarídeos? Exemplifique.
16. Se a celulose e o amido são constituídos de polímeros de glicose, qual a justificativa de possuírem funções tão distintas?
17. Qual é o polissacarídeo de reserva dos animais? E das plantas? Qual a diferença entre eles?
18. Diferencie amido de celulose.
19. Diferencie amilopectina de glicogênio.
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Os carboidratos com um grupo aldeido como seu grupo funcional mais oxidado são denominados aldose e com um grupo cetona são chamados de cetose
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Todos os monossacarídeos exceto a diidroxiacetona, contem dois ou mais átomos assimétrico (quiral) e assim ocorrem em formas isoméricas opticamente ativas.
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O carbono de referencia é o gliceraldeido onde são designados de D isomeros aqueles com a cofiguração desse atomo de carbono de referencia. Quando o grupo hidroxila esta no lado direito na formula de projeção, o açucar é o D-isômero. Os atomos de carbono são numerados pela extremindade da cadeia mais proxima do grupo carbonila.
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A aldose mais simples, o gliceraldeido, contem um centro quiral, portanto tem dois isomeros opticos diferentes, ou enantiômeros. Por convenção um forma é chamada isômero D e a outra L.
Isômeros mesma formula quimica e estruturas diferentes.
Epimeros- diferem em apenas um átomo de carbono.
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Isômeros mesma formula quimica e estruturas diferentes.
Epimeros- diferem em apenas um átomo de carbono.
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Em soluções aquosas as aldotetroses e todos os monossacarídeos com cinco ou mais atomos de carbono na cadeia ocorrem predominantemente como estruturas ciclicas onde o grupo carbonila forma uma ligação covalente com o oxigenio do grupo hidroxila ao longo da cadeia.
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Forma de anel (grupo aldeído ou cetona reagiu com um grupo álcool da mesma molécula).
 Menos de 1 % de cada monossacarídeo com 5 ou + átomos de carbonos ocorre na forma de cadeia aberta (acíclica).
 Carbono anômero: resultado da formação do anel, no C1 de uma aldose ou no C2 de uma cetose.
Semelhança com o composto cíclico furano... São chamados de furanoses.
Semelhança com o composto pirano.. Chamados piranoses.
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FORMAÇÃO DE DOIS ESTEROISOMEROS , CHAMADOS ALFA E BETA.
Em solução ocorre mutarrotação: 
Processo em que os anômeros cíclicos α e β estão em equilíbrio e podem ser espontaneamente interconvertidos.
Enzimas distinguem essas estruturas.
 Ex. glicogênio sintetizado a partir da α-D-glicopiranose e a celulose da β-D-glicopiranose.
FORMAS ISOMERICAS QUE DIFEREM APENAS EM SUA CONFIGURAÇÃO AO REDOR DO ÁTOMO DE CARBONO DO HEMIACETAL, SÃO CHAMADOS ANOMEROS.
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Um grupo hidroxila do composto original é trocado por um outro grupo substituinte, ou um átomo de carbono é oxidado a ácido carboxílico.
A substituicao de oh por h
O NH2 esta quase sempre condensado com o ácido ácetico. Faz parte da parede celular das bactérias.
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Os açucares podem ser oxidados por agentes oxidantes relativamente suaves, tais como íon férrico (Fe3+) e cúprico (Cu2+). O Carbono do grupo carbonila é oxidado a carboxila. A glicose e outros açucares capazes de reduzir os íons férrico ou cúprico são chamados de açucares redutores.
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Unidos por ligações O-glicosidicas, a qual é formada quando um grupo hidroxila de uma molécula de açucar reage com o átomo de carbono anomérico da outra molécula de açúcar.
Esta reação representa a formação de um acetal a partir de um hemiacetal
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