Introducção a bioquimica Aula 01

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Introdução Bioquímica A
Bioquímica para Enfermagem
Profs. Didier Salmon/ Claudio Masuda /Olavo Amaral 
Fevereiro 2014
1
O que é metabolismo?
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3
Metabolismo (do grego metabolismos, μεταβολισμός, que significa "mudança", troca1 ) é o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. O termo "metabolismo celular" é usado em referência ao conjunto de todas as reacções químicas que ocorrem nas células. Estas reacções são responsáveis pelos processos de síntese e degradação  das substâncias químicas na célula e constituem a base da vida, permitindo o crescimento e reprodução das células, mantendo as suas estruturas e adequando respostas aos seus ambientes.
4
 Por que precisamos de reações químicas para manter a vida?
5
 Por que precisamos de reações químicas?
Energia
Crescimento
Manutenção
Reprodução
6
Crescimento
 Manutenção de estrutura
 Reprodução
 (...)
Todos estes processos requerem reações metabólicas!
 Por que precisamos de reações químicas?
Lavoisier
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"
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Energia
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"
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De onde vem nossas energias?
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De onde vem nossas energias?
Tudo o que comemos vira energia?
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Como a energia é obtida das biomoléculas?
+ ATP
+ ATP
GLICOSE
respiração celular
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Fórmulas das biomoléculas
Carboidratos 
Proteínas 
Lipídeos 
Ác. nucleico 
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As biomoléculas são as principais fontes energéticas do organismos...
Carboidratos 
Proteínas 
Lipídeos 
ATP
Ác. nucleico 
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Respiração - ATP
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De onde vem esta energia?
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"
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Fluxo de energia
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Fluxo de energia e matéria
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 Energia
 Crescimento
 Manutenção de estrutura
 Reprodução
 (...)
Todos estes processos requerem reações metabólicas!
Mas...
- Será que estes requerimentos são sempre iguais?
 Por que precisamos de reações químicas?
Lavoisier
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"
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Metabolismo (do grego metabolismos, μεταβολισμός, que significa "mudança", troca1 ) é o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. O termo "metabolismo celular" é usado em referência ao conjunto de todas as reacções químicas que ocorrem nas células. Estas reacções são responsáveis pelos processos de síntese e degradação  das substâncias químicas na célula e constituem a base da vida, permitindo o crescimento e reprodução das células, mantendo as suas estruturas e adequando respostas aos seus ambientes.
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 Como o ambiente varia?
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 Como o ambiente varia? 
Temperatura
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 Como o ambiente varia? 
Stress
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 Como o ambiente varia? 
Fome/excesso de nutrientes
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 Como o ambiente varia? 
Alimentação
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Metabolismo (do grego metabolismos, μεταβολισμός, que significa "mudança", troca1 ) é o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. O termo "metabolismo celular" é usado em referência ao conjunto de todas as reacções químicas que ocorrem nas células. Estas reacções são responsáveis pelos processos de síntese e degradação  das substâncias químicas na célula e constituem a base da vida, permitindo o crescimento e reprodução das células, mantendo as suas estruturas e adequando respostas aos seus ambientes.
 Por que o metabolismo
tem de responder ao ambiente?
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 Homeostase 
(do grego: ὅμοιος, homoios, "similar"; and ἵστημι, histēmi, "permanecer“)
- Conceito proposto em 1932 por Walter Cannon, definido como a propriedade de um sistema de regular o seu meio interno de forma a manter uma condição constante, independente das variações do meio externo.
Ou seja, diversas condições internas tem de
ser mantidas constantes, mesmo que o meio apresente variações. 
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- Muitas coisas tem que ser mantidas “constantes”!
 Homeostase
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- Muitas coisas tem que ser mantidas “constantes”!
Variação de temperatura corporal é mínima
 Homeostase
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- Muitas coisas tem que ser mantidas “constantes”!
 Homeostase
29
- Muitas coisas tem que ser mantidas “constantes”!
 Homeostase
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- Muitas coisas tem que ser mantidas “constantes”, senão...
Níveis normais de glicose
 Homeostase
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- Muitas coisas tem que ser mantidas “constantes”, mas para isso...outras coisas tem que variar.
 Homeostase
Concentração plasmática (mg/dL)
Energia para as células
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- Muitas coisas tem que ser mantidas “constantes”, mas para isso...outras coisas tem que variar.
 Homeostase
Fonte de energia para o músculo ao longo do tempo de exercício
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 Regulação metabólica
Para responder ao ambiente, metabolismo tem que ser regulado de acordo com ele.
- Regulação constante do metabolismo é fundamental para a vida!
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 Como regular?
Como manter níveis constantes de glicose no sangue?
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 Regulação da ingestão
 Receptores no hipotálamo regulam a sensação de fome, a partir de substâncias secretadas pelo corpo.
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 Receptores no hipotálamo regulam a sensação de fome, a partir de substâncias secretadas pelo corpo.
Leptina
Camundongo
normal
Gene da leptina mutado
 Regulação da ingestão
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- No entanto, nem sempre temos o que precisamos à disposição, nem podemos comer tudo o que precisamos.
 Regulação da ingestão
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Regulação metabólica
- Diversas substâncias tem de ser produzidas dentro do corpo, a partir de compostos ingeridos na dieta.
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA*
Substâncias
Animais
Plantas
Água
62%
74%
Sais Minerais
4%
2,5%
Carboidratos
6%
18%
Lipídeos
11%
0,5%
Proteínas
17%
4%
 * valores médios
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Metabolismo
- Em última análise, nada mais é do que uma maneira de transformar as substâncias obtidas do meio nas substâncias que o organismo necessita para a sobrevivência, de acordo com as necessidades do mesmo.
No entanto, transformar uma coisa em outra nem sempre é simples!
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As reacções químicas do metabolismo estão organizadas em vias metabólicas, que são sequências de reacções em que o produto de uma reacção é utilizado como reagente na reacção seguinte. Diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas, agindo de forma concertada de modo a não interromper o fluxo nessas vias. As enzimas são vitais para o metabolismo porque permitem a realização de reacções desejáveis mas termodinamicamente desfavoráveis, ao acoplá-las a reacções mais favoráveis. As enzimas regulam as vias metabólicas em resposta a mudanças no ambiente celular ou a sinaisde outras células.
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O que é uma via metabólica?
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O que é uma via metabólica?
A B C D E
Uma sequência de reações químicas que transforma um substrato em um produto final.
Podem haver mais de um produto de uma via metabólica!
F
G
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O que é uma via metabólica?
Uma sequência de reações químicas que transforma um substrato em um produto final.
Glicólise
A B C D E
Glicose
Piruvato
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O que é uma via metabólica?
Parece simples...
Glicólise
Mas...
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O que é uma via metabólica?
Parece simples...
Glicólise
O metabolismo não é uma linha reta!
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49
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Qual é a desse slide?
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Repetir porque?
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O que é uma via metabólica?
Uma sequência de reações químicas que transforma um substrato em um produto final.
Glicólise
A B C D E
Glicose
Piruvato
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Enzimas
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Reações termodinamicamente desfavoráveis
ocorrem no ambiente celular quando acopladas a hidrólise de ATP
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O acoplamento de reações
DG > 0 Endergônico
DG < 0 Exergônico
ENZIMA
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As reacções químicas do metabolismo estão organizadas em vias metabólicas, que são sequências de reacções em que o produto de uma reacção
é utilizado como reagente na reacção seguinte. Diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas, agindo de forma concertada de modo a não interromper o fluxo nessas vias. As enzimas são vitais para o metabolismo porque permitem a realização de reacções desejáveis mas termodinamicamente desfavoráveis, ao acoplá-las a reacções mais favoráveis. As enzimas regulam as vias metabólicas em resposta a mudanças no ambiente celular ou a sinais de outras células.
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Como regular o metabolismo?
61
Como regular o metabolismo?
62
Como regular o fluxo de substâncias por uma via metabólica?
Regulação metabólica
A B C D E
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Como regular o fluxo de substâncias por uma via metabólica?
 Concentração de substratos e produtos
Regulação metabólica
A
B
B
A
Em reações com fluxo bilateral, o equilíbrio tende para um lado ou outro conforme as concentrações de produto e substrato. 
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Como regular o fluxo de substâncias por vias metabólicas?
 Concentração de substratos e produtos
 Velocidade de reação
Regulação metabólica
A
B
A
B
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Quem pode regular a velocidade de uma reação?
Regulação metabólica
A
B
A
B
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Quem pode regular a velocidade de uma reação?
 
 - Temperatura
 - pH
 - (...)
 - Enzimas!
Regulação metabólica
A
B
A
B
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Como regular uma enzima?
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Regulação alostérica
Fosfofrutocinase-1
Explicar bem o gráfico!
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Modificação covalente
 Fosforilação
 Acetilação
 Glicosilação
 Ubiquitinação
 Sumoilação
 etc.
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Regulação da concentração
Diferentes níveis:
 - Transcrição
 - Processamento mRNA
 - Degradação mRNA
 - Tradução
 - Processamento proteína
 - Degradação proteína
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Qual o problema?
OK, existem muitas maneiras de regular o metabolismo?
Qual a dificuldade disso, então?
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O problema...
- Metabolismo deve ser regulado de forma harmônica nos diferentes tecidos, ou seja, deve funcionar de maneira integrada.
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O problema...
 Metabolismo deve ser regulado de forma harmônica nos diferentes tecidos, ou seja, deve funcionar de maneira integrada.
 Caso contrário...
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Como fazer o metabolismo funcionar de maneira integrada?
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Integração metabólica
 Funcionar de maneira integrada significa responder de maneira integrada ao ambiente!
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Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no ambiente.
Integração metabólica
77
Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no ambiente.
Perigo: sistemas sensoriais
Integração metabólica
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Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no ambiente.
 Glicose: Célula beta pancreática
Integração metabólica
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Requisitos:
2. Precisamos de algo para sinalizar a mensagem.
Integração metabólica
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Integração metabólica
Requisitos:
2. Precisamos de algo para sinalizar a mensagem.
Aonde queremos que ela chegue?
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Sinalização intercelular
 Autócrina: da célula para ela mesma
 Justácrina: da célula para outras em contato direto
 Parácrina: da célula para a vizinhança
 Endócrina: da célula para a corrente sanguínea
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Requisitos :
3. Precisamos que outras células possam receber a mensagem.
Integração metabólica
83
Requisitos :
3. Precisamos que outras células possam receber a mensagem.
Receptor ligado a proteína G (adrenalina)
Integração metabólica
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Requisitos :
3. Precisamos que outras células possam receber a mensagem.
Receptor de insulina
Integração metabólica
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Requisitos :
4. Precisamos passar a mensagem para dentro da célula.
Integração metabólica
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Integração metabólica
Requisitos :
4. Precisamos passar a mensagem para dentro da célula.
Transdução de sinal do glucagon/adrenalina
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Transdução de sinal da insulina
Integração metabólica
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Transdução de sinal
Sinalização intracelular distinta em diversos tecidos permite respostas diferentes a um mesmo sinal, possibilitando a regulação!
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Integração metabólica
Conceito chave: nada acontece sozinho!
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Integração metabólica
Conceito chave: nada acontece sozinho!
Se quisermos entender o que está acontecendo com o corpo, é melhor esquecer os detalhes e tentar enxergar o todo.
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Estado alimentado
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Estado alimentado
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Estado alimentado
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Estado alimentado
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Estado de jejum
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Estado de jejum
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Estado de jejum
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O metabolismo é normalmente dividido em dois grupos: anabolismo e catabolismo. Reacções anabólicas, ou reacções de síntese, são reacções químicas que produzem nova matéria orgânica nos seres vivos. Sintetizam-se novos compostos (moléculas mais complexas) a partir de moléculas simples (com consumo de energia sob a forma de ATP). Reacções catabólicas, ou reacções de decomposição/degradação, são reacções químicas que produzem grandes quantidades de energia (ATP) a partir da decomposição ou degradação de moléculas mais complexas (matéria orgânica). Quando o catabolismo supera em atividade o anabolismo, o organismo perde massa, o que acontece em períodos de jejum ou doença; mas se o anabolismo superar o catabolismo, o organismo cresce ou ganha massa. Se ambos os processos estão em equilíbrio, o organismo encontra-se em equilíbrio dinâmico ou homeostase.
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Corpo funciona “em bloco” no estado alimentado e no jejum!
Anabolismo e catabolismo
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Estado pós-alimentar
Anabolismo
 Utilização de nutrientes provindos da dieta.
 Transporte de nutrientes para armazenamento.
 Síntese de macromoléculas para armazenamento de energia.
101
Estado de jejum
Catabolismo
- Utilização de reservas energéticas do corpo.
 Transporte de nutrientes para órgãos que precisam deles.
 Quebra de macromoléculas em compostos menores, que por sua vez são oxidados a CO2.
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Uma ressalva...
 Nada é tão bem definido quando mostram as figurinhas...
 Vias metabólicas não ligam ou desligam: simplesmente ficam mais ou menos ativas!
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Uma ressalva...
- Vias metabólicas opostas estão sempre funcionando ao mesmo tempo, ainda que em velocidades diferentes.
- Gera gasto energético, mas permite regulação rápida e precisa.
A
B
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Moral da história
- Regulação do metabolismo em resposta a estímulos é fundamental para a manutenção da homeostase e da vida do organismo.
105
Mas...
O que acontece quando a regulação falha?
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Disfunção metabólica
 Diabetes melitus
 Obesidade
 Desnutrição
 Câncer
 Cirrose
 Erros inatos
 etc.
 etc.
 etc.
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Diabetes melitus
Disfunção multissistêmica
 Sistema endócrino.
 Sistema cardiovascular.
 Sistema nervoso.
 Sistema imunológico.
 etc.
 etc.
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- Entender a doença ajuda a entender a função normal.
- Entender a função normal é fundamental para entender a doença.
Diabetes melitus
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O metabolismo é fundamentalmente estudado pela Bioquímica, usando muitas vezes também técnicas ligadas à Biologia Molecular e à Genética.
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Objetivos do bloco III
 Compreender...
... como a regulação do metabolismo propicia que o corpo funcione de maneira integrada.
... como acontece o metabolismo dos ácidos graxos no estado alimentado e no jejum.
... como acontece o metabolismo dos aminoácidos no estado alimentado e no jejum.
... como os níveis sanguíneos e intracelulares de glicose e outras substâncias são mantidos constantes.
... como ocorrem algumas consequências da desregulação da integração metabólica.
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Objetivos do bloco II
 Compreender...
... como funcionam as enzimas. 
... como acontece o metabolismo dos carboidratos no estado alimentado e no jejum. 
... como acontece a regulação hormonal do metabolismo dos carboidratos no estado alimentado e no jejum.
... como o organismo consegue gerar ATP a partir dos nutrientes.
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Objetivos do bloco I
 Compreender...
...quem são as moléculas que compõem o nosso organismo. 
...como funcionam as moléculas em um ambiente aquoso. 
... como o nosso organismo regula o pH do sangue. 
...como ocorre o transporte de oxigênio pelo sangue.
... como a integridade do material genético
é mantido e passado para os descendentes.
…como esta informação genética é utilizada.
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