Proteinas Trabalho de Bioquímica 2º Periodo. (corrigido)

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Proteínas.
Prof Andréia Laura 
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Introdução
Proteínas são polímeros de aminoácidos
Moléculas mais abundantes e funcionalmente diversas nos sistemas biológicos (Representam cerca do 50 a 80% do peso seco da célula)
Envolvidas em processos vitais: 
Estrutural 
Transporte de outras substâncias
Sinalização intercelular
Movimento 
Defesa 
Função catalítica
Todas as proteínas são formadas pelos mesmos 20 aminoácidos.
Cada proteína tem uma forma e conformação tridimensional.
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Funções das proteínas
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Propriedades Gerais
Caráter anfótero - Devido à presença de grupamentos ionizáveis: -NH3+ e -COO- nas extremidades terminais e nos radicais dos resíduos de aminoácidos da proteína. A proteína pode apresentar caráter básico ou ácido; dependendo do pH do meio.
Ponto isoelétrico (pI) - É o pH no qual a proteína apresenta igualdade de cargas positivas e negativas. É no pI que a proteína apresenta-se com menor solubilidade.
Característica de eletrólitos - A existência de grupos ionizáveis garante a presença de cargas positivas e negativas na molécula da proteína.
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Solubilidade - depende da composição em AA (depende da quantidade de pontes de H que os seus grupos polares podem formar com a água ). Partes não protéicas da molécula, como lipídeos, carboidratos, fosfatos, etc., também afetam a solubilidade.
A solubilidade da proteína pode ser modificada por fatores como:
pH - a solubilidade é minima no pI
Força iônica - Em baixas concentrações de sais (baixa força iônica), a solubilidade em geral aumenta, pois os íons salinos tendem a se associar às proteínas. Em elevadas concentrações salinas, os íons competem com a proteína pela água, ocasionando perda de água de hidratação, acarretando sua precipitação.
Temperatura - A maioria das proteínas é solúvel a temperatura ambiente e a solubilidade tende a aumentar à medida que se eleva a temperatura até 40 a 50 oC. Além destas temperaturas a proteína começa a desnaturar e a solubilidade diminui. 
Propriedades Gerais
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Classificação das proteínas
Composição química – simples, conjugadas
Número de cadeias polipeptídicas – monoméricas, oligoméricas
Valor nutricional
Forma e solubilidade – globulares e fibrosas
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Classificação quanto a 
Composição.
Proteínas Simples - Por hidrólise liberam apenas aminoácidos.
Proteínas Conjugadas - Por hidrólise liberam aminoácidos mais um radical não peptídico, denominado grupo prostético. Nucleoproteínas, Glicoproteínas, Metaloproteínas, Lipoproteínas
 
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Classificação quanto ao número de cadeias polipeptídicas
Proteínas Monoméricas - Formadas por apenas uma cadeia polipeptídica.
Proteínas Oligoméricas - Formadas por mais de uma cadeia polipeptídica; 
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Classificação quanto ao 
valor nutricional
1) Proteína de alto valor biológico (AVB): Possuem em sua composição aminoácidos essenciais em proporções adequadas. É uma proteína completa. Ex.: proteínas da carne, peixe, aves e ovo.
2) Proteínas de baixo valor biológico (BVB): Não possuem em sua composição aminoácidos essenciais em proporções adequadas. É uma proteína incompleta. Ex.: cereais integrais e leguminosas (feijão, lentilha, ervilha, grão-de-bico, etc.).
3) Proteínas de referência: Possuem todos os aminoácidos essenciais em maior quantidade. Ex.: ovo, leite humano e leite de vaca.
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Necessidades diárias de proteínas:
As necessidades diárias situam-se em torno de 0,8 a 1 grama por quilo de peso. Em relação à contribuição total das proteínas na ingestão calórica, recomenda-se cerca de 10 a 15%.
 
Fontes alimentares:
Origem animal: carnes (mamíferos, aves, pescados, etc.), vísceras, ovos, leite e derivados.
 Origem vegetal: leguminosas secas (feijões, ervilha, lentilha, grão-de-bico, etc.) e cereais integrais (milho, trigo, etc.).
 
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Classificação quanto 
à forma/solubilidade
Proteínas Fibrosas - Na sua maioria, as proteínas fibrosas são insolúveis nos solventes aquosos e possuem pesos moleculares muito elevados. O seu papel é essencialmente estrutural
Proteínas Globulares - De estrutura espacial mais complexa, são mais ou menos esféricas. São geralmente solúveis nos solventes aquosos. Nesta categoria situam-se as proteínas ativas como os enzimas, transportadores como a hemoglobina, etc.
a) proteína fibrosa e b) proteína globular
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Proteínas Fibrosas vs. 
Globulares
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A função de uma proteína depende de sua conformação específica
É a sequência de aminoácidos que determina a conformação tridimensional.
Conformação de uma 
Proteína.
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Conformação de uma 
Proteína.
A conformação de uma proteína é determinada por cristalografia de raio x. 
O padrão de difração do raio x pelos átomos do cristal são usados para determinar a localização dos átomos e construir um modelo computacional de sua estrutura
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Visão geral da estrutura 
das proteínas.
Teoricamente as proteínas podem apresentar mais de uma conformação, mas assumem a conformação que é mais estável termodinamicamente – conformação nativa.
A conformação de uma proteína é estabilizada em grande parte por interações fracas.
As cadeias laterais oferecem a versatilidade físico-química necessária para gerar todos os padrões de enovelamento diferentes. Estas cadeias variam em:
Tamanho
Carga elétrica
Polaridade (polares, neutras, ou hidrofóbicas)
Forma e rigidez (depende da estrutura química e de seus graus de liberdade conformacionais internos)
 
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Níveis de Arquitetura das 
Proteínas.
4 Níveis Estruturais podem ser considerados:
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Estrutura primária
A estrutura primária de uma proteína é simplesmente a sequência de AA.
É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula.
Uma modificação na estrutura primária pode afetar a conformação e a função da proteína.
Esta estrutura só é destruída por hidrólise química ou enzimática das ligações peptídicas, com liberação de peptídeos menores ou aminoácidos livres.
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A globina da célula falciforme apresenta na posição 6 valina (apolar) ao invés do glutamato (polar)
Anemia falciforme
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Estruturas secundárias
São arranjos regulares espaciais da estrutura primária. 
A estrutura secundária das proteínas resulta de pontes de hidrogênio em intervalos regulares na cadeia polipeptídica
 
Principais tipos de estruturas secundárias
Hélices α
Conformações β
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Estrutura secundária α-hélice
A α-hélice é uma hélice orientada para a direita, com as ligações peptídicas localizadas na parte interna e os radicais se estendendo para fora. 
Ela é estabilizada pela formação regular de pontes de H paralelas ao eixo da hélice; elas são formadas entre os grupos amino e carbonila, a cada 4 ligações peptídicas.
Em média, 25% dos aminoácidos de qualquer proteína estão em hélices α
O grupo lateral interfere na capacidade do aminoácido em formar hélices
Volume e forma de Asp, Ser, Thr e Cys desestabilizam se estiverem muito próximos
Pro e Gly dificultam a formação de hélices
Relações com o vizinho também são importantes
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Estrutura secundária 
Conformação β.
Pontes de H perpendiculares ao eixo das cadeias polipeptídicas;
Tem a configuração plana, parecendo uma folha.
A orientação das cadeias adjacentes pode ser na mesma direção (Folhas β paralelas) ou em direções opostas (anti-paralelas)
Quanto as folhas são próximas, os grupos R devem ser pequenos
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Conformação β ou folha 
pregueada paralela 
ou anti-paralela.
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Estruturas supersecundárias 
ou motivos. 
Motivos podem ser definidas como combinações de elementos de estrutura secundária (α-hélices e estruturas β), que formam padrões que estão presentes em muitas proteínas diferentes. 
A forma mais comum de estrutura supersecundária é o motivo βeβ, no qual a hélice se conecta com 2 folhas paralelas β
2. Outra estrutura supersecundária comum é o motivo β hairpin que consiste de folhas
antiparalelas conectadas por voltas reversas
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A estrutura terciária é a estrutura tridimensional da proteína.
 Ela é formada espontaneamente e é estabilizada por interações entre as cadeias laterais e pelas pontes dissulfeto.
 Essa interações incluem pontes de, ligações iônicas e interações hidrofóbicas e van der Walls.
Estrutura terciária
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Interações hidrofóbicas – Os aminoácidos com cadeias laterais hidrofóbicas, tendem a estar situados no interior da molécula polipeptídica, onde eles se associam com outros aminoácidos hidrofóbicos. Em contraste os aminoácidos com cadeias laterais polares ou com carga, tendem a ficar na superfície da molécula, em contacto com o solvente. 
Forças de van der Waals – É a interação mais fraca de todas e ocorre em moléculas apolares. Neste caso, não há atração elétrica entre estas moléculas.
Ligações eletrostáticas – cadeias laterais de cargas opostas podem se atrair, formando pontes salinas. Grupos carregados negativamente como o grupo carboxila (-COO-) na cadeia lateral do aspartato ou do glutamato, podem interagir com grupos carregados positivamente, como grupo amino (-NH3+), na cadeia lateral da lisina.
Pontes de hidrogênio – Cadeias laterais de aminoácidos contendo hidrogênio formam pontes de hidrogênio com outras cadeia laterais contendo oxigênio. A formação de pontes de hidrogênio entre grupos polares na superfície de uma proteína e o solvente aquoso aumentam a solubilidade da proteína.
Pontes dissulfeto. Uma ponte dissulfeto, é uma ligação covalente formada por grupos sulfidrila (-SH) de dois resíduos de cisteína, para formar um resíduo de cistina. As duas cisteínas podem estar separadas uma da outra por vários aminoácidos da mesma cadeia polipeptídica, ou podem mesmo estar situados em cadeias diferentes.
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Estrutura terciária 
A estrutura terciária descreve a forma tridimensional final de uma cadeia polipeptídica, resultando da associação de partes organizadas da molécula,chamadas de “domínios” ou “motivos” protéicos.
Os domínios são considerados as unidades funcionais e de estrutura tridimensional de uma proteína
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Estrutura quaternária resulta da associação de 2 ou mais cadeias polipeptídicas. 
Colágeno é uma proteína fibrosa formada por 3 cadeias polipeptídicas enroladas como uma corda.
Hemoglobina é uma proteína globular com 2 cópias de 2 tipos de polipeptídeos
Estrutura quaternária
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A conformação da proteína pode se modificar em resposta as condições físicas e químicas. Perda da estrutura leva também à perda da função
Modificações no pH, concentração salina, temperatura e outros fatores podem desnaturar uma proteína. Estes fatores quebram as pontes de H, ligações iônicas e pontes dissulfeto que mantém a forma da proteína.
Desnaturação das proteínas
A proteína desnaturada apresenta as seguintes alterações:
Físicas: aumento da viscosidade; não podem ser cristalizadas ou autoorganizadas.
Químicas: maior reatividade: devido a exposição de grupos químicos que estavam encobertos por estruturas; diminuição da solubilidade e, conseqüente precipitação.
Biológicas: perda de suas propriedades enzimáticas, antigênicas e hormonais; facilmente digeridas por enzimas hidrolíticas.
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Renaturação de proteínas
Algumas proteínas podem retornar a sua forma após desnaturação, quando o estímulo é retirado, mas outras não. Geralmente a desnaturação é permanente. 
Alisamento /permanente
Pontes dissulfeto presentes na queratina são responsáveis pelas "ondas" que aparecem em nossos cabelos. 
1. redução de todos os grupos RSSR para RSH (ác. Tioglicólico  em uma solução de amônia pH 9). 
2. imprimir no cabelo a forma desejada: lisa ou ondulada. 
3. oxidação dos grupos RSH para RSSR (H2O2, ou borato de sódio NaBrO3). O novo padrão imposto, então, dura até o crescimento do cabelo. 
Desnaturação e Renaturação da ribonuclease
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Físicos
Temperatura
Raio X
Ultra-som
Químicos
Ácidos e bases fortes
Detergentes
Uréia
Mercaptoetanol HS-CH2-CH2-OH
Agentes Desnaturantes
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Alterações das propriedades de uma 
proteína desnaturada.
Redução da solubilidade
Aumento da digestibilidade
Perda da atividade biológica (enzimas, hormônios, anticorpos, etc...)
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Química (HCl 6M) - Total
Enzimática (proteases) - Parcial e específica
Hidrólise das proteínas
Endopeptidases – são aquelas que hidrolisam as ligações peptídicas internas produzindo peptídeos menores 
Exopeptidases são enzimas que agem apenas nas extremidades da molécula, liberando aminoácidos. Pode ser classificada como amino ou carboxipeptidase
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Enovelamento protéico
Lento e gradual
Diminuição da entropia até alcançar um 
 estado estável
Algumas proteínas se dobram de forma
 assistida pelas proteínas chaperonas
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Chaperonas
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Proteínas fibrosas
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Proteínas fibrosas
Cadeias Polipeptídicas arranjadas em longas fitas ou lâminas;
Desempenham importantes papéis estruturais fornecendo suporte, proteção e forma.
Insolúveis em água
Pontes dissulfeto estabilizam e dão mais resistências às cadeias.
Exemplos: colágeno, elastina, queratina, fibroina
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Colágeno
O colágeno é formado por três cadeias peptídicas helicoidais. 
Existem 3 aminoácidos por volta da hélice, sendo que o terceiro AA é uma Gli (Gli-X-Y)n. O conteúdo de prolina é muito alto.
Apresenta 3 AA modificados 4-hidroxiprolina, 3-hidroxiprolina e 5-hidroxilisina.
Existem mais de 30 variantes do colágeno dependendo do tecido e da função.
Baseado em sua capacidade de formar fibrilas os colágenos podem ser divididos em 3 grupos
Colágeno formador de fibrila – tipos I, II, III, V, XI
Colágenos associados a fibrilas – IX, XII, XIV, 
Colágenos não fibrilares – IV, VIII, X, VI, VII
O Colágeno é a proteína mais abundante no organismo, constituindo cerca de 30% das proteínas do nosso corpo e 6% do nosso peso total. 
Colágeno é o principal componente da pele, ossos, tendões, cartilagem e dentes.
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Biossíntese dos AA 
Hidroxilados. 
A biossíntese de OH-Pro e OH-Lys requer O2 e vitamina C. Deficiência de Vit. C acarreta distúrbios nos ossos, pele e dentes.
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Síntese do colágeno
Síntese dos peptídeos (cadeia pro-α)
Hidroxilação de resíduos específicos de prolina e lisina. 
 O-glicosilação de alguns resíduos de hidroxilisina. A incorporação de carboidratos (galactose ou galacosilglicose) se dá ainda no interior da célula e é uma condição para que as moléculas de colágeno sejam secretadas para o seu exterior (espaço extracelular).
Associação das 3 cadeias pro- α 
Formação da tripla hélice.
Uma vez formado o pró-colágeno ele será secretado para fora das células que o originaram (fibroblastos, osteoblastos, odontoblastos ou ameloblastos).
As moléculas de pró-colágeno sofrerão a hidrólise do fragmento terminal, por ação de peptidases específicas e serão convertidos em colágeno maduro (insolúvel).
As moléculas de colágeno então polimerizam para formar fibrilas de colágeno. 
 As fibrilas se agregam formando o colágeno. Acompanhando a formação de fibrilas está a oxidação de certos resíduos de lisina pelas enzimas extracelulares lisil oxidase formando aldeídos reativos. Estes aldeídos reativos formam ligações cruzadas específicas entre duas cadeias e estabilizam os colágenos nas fibrilas.
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A lisil oxidase promove a desaminação oxidativa da lisina formando aldeídos reativos (alisina) que se condensam espontâneamente para formar o cross-link
Formação de ligações 
cruzadas no colágeno
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Alguns tipos de colágeno 
e sua localização.
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Defeitos congênitos 
do colágeno.
(Raw et al 1981)
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Doenças que afetam a síntese do colágeno 
C. I. LEVENE Diseases of the collagen molecule J. clin. Path., 31, Suppl. (Roy. Coll. Path.), 12, 82-94
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Proteínas globulares
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Hemoglobina
A Hemoglobina é um hetero-tetrâmero formado por 2 tipos de globinas:  e .
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Hemoglobinas humanas
A hemoglobina
A (HbA), composta das cadeias  e , corresponde a 96-98 % da hemoglobina total de um adulto.
Um variante normal da hemoglobina A, correspondente a 2-3% da hemoglobina total em adultos, é a HbA2, formada por cadeias  e d (delta), ou seja, 2 d2.
Durante a vida embrionária e fetal, diferentes genes para as globinas são expressos sucessivamente.
Existem 17 genes para globinas no genoma humano.
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hemoglobinas humanas: do feto ao adulto
O gráfico e a tabela mostram a sucessão de diferentes hemoglobinas e a sua composição em cadeias globínicas presentes no embrião, feto (após a 12a. semana) e no adulto. 
Após o nascimento, com a repressão da síntese da cadeia gama g e aumento da síntese da cadeia b, ocorre a troca da HbF pela HbA, que se completa entre o 3o e 4o mês de vida. 
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Hemoglobinopatias podem resultar de mutações nos genes estruturais das globinas, ou ainda nos genes reguladores da síntese das diferentes globinas, que é o caso das talassemias. 
Em 2003 já eram conhecidos mais de 900 tipos de mutações pontuais nos genes das globinas a e b.
 A figura acima ilustra posições na sequência primária de cadeias  ou  para as quais são conhecidos mutantes pontuais de Hb com alterações na estabilidade e/ou solubilidade da proteína ou na afinidade por oxigênio, que resultam em patologias.
 
Hemoglobinopatias
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Algumas variantes de hemoglobina 
com importância clínica.
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Anemia falciforme (HbS)
A HbS apresenta um resíduo de valina na posição 6 da cadeia b, no lugar do ácido glutâmico presente na HbA. 
Essa troca resulta em alteração da solubilidade da HbS, que apresenta tendência de polimerizar quando desoxigenada, formando fibras que se depositam dentro da hemácia, deformando-a.
Deformadas, essas hemácias são retiradas de circulação, causando o quadro anêmico.
A figura ao lado é uma micrografia de uma fibras de HbS, que se organizam por polimerização de muitas moléculas. 
Fibra de HbS
Hemácia falcêmica
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Hemoglobina S: a valina na posição 6 da cadeia b da HbS faz interação hidrofóbica com 
resíduos Phe 85 e Leu 88 da cadeia  de outra molécula de HbS, determinando a polimerização da HbS desoxigenada. 
A polimerização reverte quando a HbS fica 100% saturada. 
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 Origem geográfica: região de São Leopoldo, RS, Brasil
 mutação pontual com substituição de Ser por Cys na posicão 9 da cadeia b na região helicoidal A6 
 por conter uma cisteína a mais, a HbPorto Alegre apresenta tendência de polimerizar, fazendo tetrâmeros via pontes –S-S- 
 a polimerização é baixa in vivo, mas intensa em hemácias armazenadas (diminuição do poder redutor)
Hemoglobina Porto Alegre
Tetrâmero de HbPA
Microscopia eletrônica de tetrâmeros de HbPa
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Modificações 
pós-traducionais das proteínas
Alterações moleculares na estrutura das proteínas
Redução no tamanho da proteína
Alterações por modificação covalente 	
 Fosforilação
		Hidroxilação
		Glicosilação
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Modificações pós-traducionais
 
 
 
Redução no tamanho da proteína
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Integrantes do Grupo.
Aline Foltran de Vasconcellos
Vanessa Maria da Silva Costa 
Sofia Beker Lago Sales 
Maria Sara Nazar
Bianca Souza
Marina Bonsucesso de Magalhães 
João Salatiel 
Sara Lima Fabri
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