BIOFISICA - Unidade 2 - Conteúdo Slides

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Constituintes do globo ocular 
 
Este campo da Física tem como objetivo estudar o escopo que abrange a propagação da luz e 
sua interação com a matéria. 
Contexto → O contexto do entendimento das teorias da Física não possui um entendimento 
fácil aos sujeitos, devido à complexidade da área, porém a proximidade com o cotidiano faz 
com que a óptica seja bem recebida conceitualmente por todos. 
Aceitação → Isto se deve ao uso e conhecimento do dia a dia quando se pensa na óptica, por 
exemplo, no simples uso do laser, tubos de luz, espelhos telescópicos, entre outros parâmetros 
científicos que são facilmente conhecidos (ZILIO, 2009) 
ට Quando pensamos nesses instrumentos como parte da óptica, devemos salientar que 
estes são oriundos de instrumentos construídos com a função de permitir a 
observação dos fenômenos de interferência e difração, sendo base da natureza 
ondulatória da luz (ZILIO, 2009) 
ට Essas descobertas não ocorrem do dia para noite, são dispositivos resultantes de anos 
de desenvolvimento, com isso iremos conhecer a partir de agora sobre o trajeto 
histórico desta área da Física, a óptica 
 
ASPECTOS GERAIS 
A óptica possui aspectos gerais que estão ligados às ideias da constituição da natureza da luz e 
sua relação com o eletromagnetismo e a mecânica quântica (ZILIO, 2009) 
Ant. Sec XVII 
 Neste tempo havia pouco embasamento teórico e conceituais sobre os 
fenômenos ópticos analisados. Tinha-se conhecimento de alguns 
instrumentos como as lentes e os espelhos, mas ainda sem nenhuma 
explicação ou teoria que fundamentasse essa área. 
 Nesse século acontece a formulação da matemática como ciência que 
possibilitou explicar diversos fenômenos que se observada, como por 
exemplo, buscou-se combinar duas lentes transformando em um sistema 
óptico possível de análise (ZILIO, 2009) 
Biofísica | 
 
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Telescópio Refrativo – Foi o primeiro sistema óptico oriundo dessas formulações citadas 
anteriormente, sendo criado pelo alemão Hans Lippershev, de Middleburg cidade Alemã que 
agora pertence à Holanda. 
Este instrumento era constituído por um 
dispositivo ocular côncava, ou seja, 
formado de um lado côncavo, onde tem 
uma superfície profunda no centro, e o 
outro convexo, como por exemplo, na 
forma de polígono (ZILIO, 2009) 
 
Hans Lippershev → Era Oftalmologista fabricante de lentes 
Lentes → Objetos ópticos com seu funcionamento por meio da refração da luz, com características 
de transparência e superfície esférica. 
Galileu Galilei → A invenção de Hans repercutiu na época chegando ao conhecimento de Galileu 
Galilei. Ele se interessa pelo telescópio e aprimora o instrumento. 
 
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1610 → Após construir seu próprio telescópio, descobre as luas de Júpiter e os anéis de Saturno, 
além da importante descoberta da rotação do sol (ZILIO,2009) 
Esta descoberta é utilizada até hoje, 
com base em aprimoramento. Se 
popularizou como instrumento 
óptico pioneiro por utilizar a lente ocular 
côncava. 
Luas de Júpiter → Marco científico. As 4 
primeiras luas observadas, ou 
satélites, por Galileu, impulsionaram a 
descoberta de 67 satélites ao 
redor da terra. 
 
Telescópio com ocular convexa → 
descoberto por Johannes Kepler, 
dando origem as famosas leis de Kepler. 
Neste modelo foram estudados os fenômenos de refração, reflexão, difração, dispersão, formação 
de imagens em espelhos e lentes, interação entre a luz e os objetos e os diversos instrumentos 
ópticos (ZILIO, 2009). 
 
 
 
 
 
 
PRINCÍPIO DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA 
DA LUZ 
Parte fundamental para o entendimento 
conceitual da óptica. Fundamenta-se em 
três aspectos: 
 Primeiro aspecto → A independência 
dos Raios de Luz 
Ocorre devido a dois ou mais raios de luz 
que se atravessam, sem haver 
interferência. (Pense nas apresentações 
teatrais ou alguma festa que tenha holofotes em direção ao palco, mesmo quando as 
pessoas que estavam ali saem do local, os feixes de luz ainda estão a iluminar) 
O Princípio da independência dos Raios Luz ocorre quando dois raios de luz ou 
feixes de luz se cruzam, e sem interferência continuam suas trajetórias, onde um 
raio não interfere na trajetória do outro. 
 
 Segundo aspecto → A princípio é o da Propagação Retilínea da Luz 
Ocorre em um contexto de espaço transparente, homogêneo e isotrópico, no qual 
 
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o feixe de luz se reproduz de maneira reta, sendo intitulado de raio de luz. 
Podemos observar esse conceito quando visualizamos objetos de forma circular 
em cima de alguma superfície plana. Um bom exemplo é o de uma floresta e os 
raios de sol adentrando as árvores. 
 
 Terceiro aspecto → Reversibilidade dos Raios de Luz 
Um fenômeno que ocorre quando se reverte a trajetória da propagação de um feixe 
de luz, onde o percurso não é alterado, mas apenas toma um sentido inverso (ZILIO, 
2009). 
Vale ressaltar que o chamado feixe de luz é um instrumento que existe apenas na 
teoria, ou seja, não é real de forma física, porque é um protótipo, e devido a isto 
tornam-se importantes as seguintes considerações: 
ට Se a onda possuir forma planar (plana), consequentemente seus feixes de luz 
serão paralelos uns aos outros 
ට Se a onda for esférica, seus feixes se movem em direção a certo meio, sem 
haver um raio divergente de algum ponto 
ට Se a onda é convexa ou côncava, seu raio de luz terá forma divergente, são 
raios que se propagam no sentido contrário ao emitido, ou convergente, são 
raios com área delimitada pela zona de convergência. 
CAMPO TEÓRICO DA ÓPTICA E SUA REÇAÃO COM A BIFÍSICA NOS ESTUDOS DO OLHO 
HUMANO E DA VISÃO 
Encontramos óptica difundida em diversos contextos do nosso dia a dia como nos óculos, 
lentes, telescópios, permeando nesses instrumentos o sentido da visão. 
A óptica também encontra-se em dispositivos de sistemas de portas de elevador, relógios, 
leitores de código de barra, demonstrando sua aplicabilidade. 
ESTUDO DA BIOFÍSICA DA VISÃO 
O elemento central é o olho humano 
Olho → é um órgão extremamente complexo, constituído de numerosas partes (GARCIA, 
2002). Formado de um conjunto de meios transparentes e separados uns dos outros por 
superfícies esféricas. 
Fisicamente seus centros de curvatura se localizam sobre uma reta chamada de eixo óptico do 
globo ocular. 
 
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Instrumento óptico → Ao ser comparado com os padrões tecnológicos atuais o olho humano 
pode ser considerado um instrumento óptico que possui complexidade e sofisticação. Possui 
funcionamento semelhante a uma máquina que controla a quantidade de luz (GARCIA, 2002). 
 
 
ESTRUTURA DO OLHO REDUZIDO 
É um modelo usado para estudar o olho humano a partir da Óptica Geométrica. 
Este olho reduzido é constituído das seguintes estruturas e funções: 
 Quadro 1 : Olho reduzido 
o Acomodação → a capacidade do cristalino de modificar a distância focal para 
que haja a realização de uma visão nítida de objetos em diferentes distâncias, 
sendo realizada pelos músculos ciliares presentes no olho humano. 
o Olho emétrope → Nome dado ao chamado olho normal, ou seja, um olho sem 
defeitos na visão (GARCIA, 2002) 
o Miopia → É um tipo de defeito da visão devido a um alongamento do gloo ocular 
ou a uma excessiva convergência do cristalino (GARCIA, 2002). Desse modo, a 
imagem é emitida de um ponto impróprio, onde se forma antes da retina 
(GARCIA, 2002) 
 
Em uma visão geral temos: 
 
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o Hipermetropia → é um defeito visual relacionado ao achatamento do globo 
ocular onde a imagem de um ponto impróprio é formada além da retina (GARCIA, 
2002). 
o Presbiopia → está relacionada à perda da flexibilidade dos músculos ciliares e o 
progressivo enrijecimento do cristalino, fatos que dificultam a correta focalização 
do objeto (CARCIA, 2002) 
o Astigmatismo → se dá quando superfícies dióptricas do globo ocular não 
apresentam absoluta simetria em relação ao eixo óptico, isso ocorre devido ao 
fato da córnea apresentar raiosde curvatura desiguais (GARCIA, 2002). 
 
Formação das imagens 
 
A formação das imagens através do olho humano, assim como a audição, essas regiões fazem 
parte de um sistema sensorial que fornece ao indivíduo suas possibilidades sensoriais de 
relação com o mundo (DURÁN, 2003). 
 
PROCESSO DE FORMAÇÃO DA IMAGEM 
A região ocular é comandada pelo sistema nervoso, possuindo uma estrutura morfológica 
muito delicada e complexa, que recebe estímulos luminosos e com isso é capaz de produzir 
energia luminosa em energia química através do olho (GARCIA, 2002) 
 
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Revisando a estrutura ocular: 
ˇ Córnea 
ˇ Íris 
ˇ Pupila 
ˇ Cristalino 
ˇ Retina 
ˇ Esclera 
ˇ Nervo ótico (que transporta os impulsos elétricos do olho para o cérebro). 
Globo ocular → o modo como é reproduzida a imagem, ou como enxergamos depende da 
região chamada de globo ocular, que é um sensor atuante com o cérebro. 
A partir disso, a atuação das lentes começa. 
Lentes são as córneas e o cristalino que permitem que olho seja capaz de focar objetos 
situados distantes ou próximo. 
A luz atravessa a córnea e percorre o cristalino, temos nesse processo a ocorrência do 
fenômeno da refração. 
 
Ao atingir a retina, que é local receptor dessas imagens, composta de células fotorreceptoras, 
os cones e bastonetes. É nesse local que ocorre a conversão de forma química da recepção da 
imagem/luz. 
Os cones mencionados são regiões localizadas na retina que são responsáveis pela percepção 
das cores através do elemento Pigmento lodopsina. 
 
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Os bastonetes são localizados na região periféricas da retina, atuam na percepção dos 
contrastes de claro e escuro, e possuem um pigmento vermelho chamado de Rodopsina. O 
estudo da visão em si é realizado pelo cérebro após atuação do olho como um conversor do 
estímulo. 
Adaptação à luz e a acomodação à distância 
A Acomodação visual ou adaptação da luz, através do entendimento fornecido pela física é o 
mecanismo fisiológico que permite ao órgão visual adaptação necessária para que se tenha 
uma visão nítida a diversas distâncias. 
Com isso, a visão considerada sem defeitos, ou normal, possuí a capacidade de acomodar a 
visão de distâncias de 25cm em média (SILVA,2019) 
Testando esse conceito 
Segurando uma caneta ou lápis a uma determinada distância de um de seus olhos, olhando 
diretamente para a ponta da caneta ou lápis quando estiverem distantes. 
Após, aproxime o objeto de seu rosto, e reflita sobre quando é a menor distância dada às duas 
situações (SILVA, 2019) 
Esta pequena experiência pode ser explicada do seguinte modo: quando mantemos nítida a 
imagem de algum objeto que está muito próximo dos nossos olhos, realizamos um esforço 
muscular na região dos olhos. Devido a isto temos essas oscilações em relação à visibilidade do 
objeto observado (SILVA, 2019). 
Conceituando 
A adaptação visual é a capacidade apresentada pela pupila de se adequar à luminosidade de 
cada ambiente, comprimindo-se ou dilatando-se. 
Havendo em ambientes com forte luminosidade o diâmetro de até 1,5mm da pupila, e em 
ambientes escuros, a pupila se dilata de 0mm (SILVA,2019) 
 
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Temos ainda o ponto próximo, como a primeira distância, de 25cm, sendo a mínima distância 
que uma pessoa pode enxergar corretamente, resultando na contração total dos músculos 
ciliares (SILVA, 2019) 
O ponto é a distância infinita ou máxima alcançada para uma imagem focada, nesse caso os 
músculos ciliares estão relaxados (SILVA, 2019). 
Fototransdução espectrofotometria 
Em relação à fototransdução espectrofotometria, iremos ve cada um dos termos em separado, 
para melhor compreensão 
Fototransdução 
É um processo de transformação de energia luminosa em sinais elétricos biologicamente 
reconhecíveis, que se processa no segmento externo da região dos cones e bastonetes 
(SOUSA, 2001). 
Realiza-se por meio de mecanismos pelos quais a transdução se processa nos fotorreceptores 
dos vertebrados, envolvendo a interação de vários sistemas fisiológicos dentro da célula 
(SOUSA, 2001) 
Nesse momento ocorre o processo de adaptação onde os receptores da retina respondem a 
estimulação à intensidade luminosa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Em resumo a fototransdução é um fenômeno de transmissão do sinal fotoquímico que envolve 
proteínas da membrana como sistemas mensageiros produzindo a transmissão do potencial 
elétrico celular. 
Essa corrente elétrica que irá conduzir neste processo a liberação do neurotransmissor que 
emite a transmissão do sinal luminoso (DIAS, et. Al. 2016) 
Os fotorreceptores ficam localizados em camadas, no qual são de quatro tipos diferentes de 
células, diferenciados a partir de sua forma, distribuição espacial, características bioquímicas 
e capacidade de absorção de luz de diferentes comprimentos de onda. Agrupando-se em dois 
tipos de fotorreceptores, os cones e os bastonetes. 
O fenômeno da amplificação se dá quando uma molécula de um fotorreceptor conduz várias 
moléculas de fosfodiesterase para ativação. 
Nesse processo temos a atuação da molécula chamada de rodopsina, que é uma ativadora 
devido seu poder catalítico, sendo uma enzima responsável pela regulação da atividade 
elétrica do fotorreceptor (DIAS, et. Al. 2016). 
Na autolimitação temos a limitação do sinal da transdução. Levando em conta o papel do 
Cálcio (Ca2+), que entra na célula a partir dos canais de Sódio (Na+) (DIAS, et. Al. 2016) 
Espectrofotometria é uma ferramenta importante e versátil amplamente utilizada para a 
análise em diversas áreas como química, física, biologia, bioquímica, materiais, engenharia, 
química e aplicações clínicas e industriais. 
As aplicações do espectrofotômetro são diversas, mas é principalmente usado para medir 
determinados ingredientes em uma droga, medir o crescimento bacteriano, ou diagnosticar 
paciente com base na quantidade de ácido úrico presente em sua urina (COMPRI-NARDY, et. 
2009) 
Suas análises podem ser do tipo quantitativo e qualitativo. 
Temos ainda a transmitância, que é o conceito que exprime a fração da energia luminosa que 
consegue atravessar uma determinada espessura de um material, sem ser absorvida. Em suma 
é a capacidade de transmissão de luz. 
A absorbância é a fração da energia luminosa que é absorvida por um material, sendo a 
capacidade de absorver a luz (COMPRI-NARDY, et. Al. 2009). 
 
Fundamentos e curva de absorção espectral 
Em relação à curva de absorção espectral, iremos começar pelo: 
Conceito de espectro de absorção. 
É o espectro constituído por um conjunto de riscas ou bandas, obtidas num espectroscópio 
quando passa a luz proveniente de uma fonte luminosa através de um gás (COMPRI-NARDY, 
et. Al. 2009). 
Esse processo ocorre quando a solução de um dado composto é submetida a leituras de 
absorbância no decorrer de uma faixa de comprimentos de onda eletromagnética, fornecendo 
 
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informações sobre a capacidade do composto em absorver luz (COMPRI-NARDY, et. Al. 2009). 
A representação gráfica dos valores de comprimento de onda em relação à absorbância é 
denominada espectro de absorção. 
Devido à ação do feixe de luz monocromática ao atravessar um meio transparente 
homogêneo, onde cada camada deste meio absorvida igual à fração de luz que atravessava, 
independentemente da intensidade da luz que incidia. 
A partir desta relação que origina o conceito desta lei onde diz que “a intensidade da luz 
emitida decresce exponencialmente à medida que a espessura do meio absorvente aumenta 
aritmeticamente” 
Lei de Beer 
Consiste da relação entre a transmissão e a concentração do meio onde passa o feixe de luz 
(COMPRI-NARDY, et. al. 2009) 
No qual, uma solução absorve a luz proporcionalmente à concentração molecular do soluto, 
devido a isto temos que “a intensidade de um feixe de luz monocromático decresce 
exponencialmente á medida que a concentração da substância absorvente aumenta 
aritmeticamente” 
Essasleias são fundamentais e a base da espectrofotometria e são trabalhadas e utilizadas 
simultaneamente, promovendo o processo em que a quantidade de luz absorvida ou 
transmitida por uma determinada solução irá depender da concentração do soluto e da 
espessura da solução (COMPRI-NARDY, et. al. 2009) 
Sobre o entendimento das questões que envolvem a ondulatória, temos os parâmetros da 
onda, amplitude, período, frequência e comprimento. A amplitude é representada pela letra 
A, e é o comprimento do vetor campo elétrico em torno do máximo da onda (COMPRI-NARDY, 
et. al. 2009) 
O período (P) é conceituado como o tempo em segundos (s) necessários a passagem de 
sucessivos máximos ou mínimos através de um ponto fixo no espaço. (COMPRI-NARDY, et. al. 
2009) 
A frequência (v), consiste no número de oscilações completas que a onda faz a cada segundo, 
em ciclos por segundo (COMPRI-NARDY, et. al. 2009). 
O Comprimento de onda (λ) é a distância linear entre dois pontos equivalentes sobre 
sucessivas ondas (COMPRI-NARDY, et. al. 2009). 
 
Construção de curva padrão 
A curva-padrão é utilizada para determinar quantitativamente uma propriedade de uma 
amostra desconhecida a partir de amostras com propriedades conhecidas. 
Usada para determinar a concentração de proteínas em uma amostra a partir de um método 
colorimétrico, o ensaio de Bradford (HOLLER, et. al. 2009) 
 
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Deste modo, a curva padrão se dá devido á sucessão crescente ou decrescente de pontos 
obtidos da relação entre a concentração da espécie padrão pela sua intensidade de sinal 
proveniente do sistema de detecção (HOLLER, et. al. 2009) 
A partir disto, temos as causas dos desvios reais com a variação do índice de refração através 
da concentração de moléculas orgânicas complexas (HOLLER, et. al. 2009) 
E também é a interação dos centros absorventes, por meio de altas concentrações, as 
partículas do soluto ficam tão próximas que a distribuição de suas cargas e a capacidade para 
absorver radiações de um determinado comprimento de onda se altera (HOLLER, et. al. 2009) 
 
Diálise: fundamentos teóricos 
Diálise é processo de separação de moléculas de acordo com seu tamanho utilizando 
membranas semipermeáveis que contém poros (VOET & VOET, 2013) 
No qual a hemodiálise, a transferência de massa ocorre entre o sangue e o líquido de diálise 
através de uma membrana semipermeável artificial. 
Na diálise peritoneal, ocorre a troca de solutos entre o sangue e a solução de diálise ocorre 
através do peritônio (VOET & VOET, 2013) 
Temos a relação da osmose e diálise, envolvidas no metabolismo celular, no qual a osmose é 
responsável pelo transporte de fluídos entre uma célula e seu ambiente. 
E nas plantas pela circulação a seiva vegetal (VOET & VOET, 2013) 
Entende-se por osmose o fenômeno físico que consiste na passagem espontânea de água ou 
outro solvente por uma membrana semipermeável que separa duas soluções. 
A osmose foi denominada assim pelo químico britânico Thomas Graham, que estudou esse 
fenômeno pela primeira vez em 1877, por meio dos trabalhos de Wilhelm Friedrich e Philipp 
Pfeffer. 
Conceitua-se a diálise como o processo que separa os componentes de uma mistura que 
contém partículas coloidais em suspensão, e íons ou moléculas de pequenas dimensões 
dissolvidas, fazendo passar estas últimas através dos poros de uma membrana semipermeável. 
O processo se baseia em índices diferentes de difusão dos componentes a mistura (VOET & 
VOET, 2013) 
Em relação à separação por diálise, este é um processo lento, pois sua velocidade depende das 
diferenças entre o tamanho das partículas e entre os índices de difusão dos componentes 
coloidais e cristaloidais (VOET & VOET, 2013) 
 
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Influência da temperatura 
Na estrutura secundária, aquela cadeia primária pode interagir com ela mesma, formando 
dobramentos que podem ser em forma de hélice, folhas ou laços. 
Na estrutura terciária podemos ver a disposição tridimensional da secundária em relação ao 
espaço, ligações de hidrogênio e dissulfeto garantem maior estabilidade e estrutura. 
A quaternária é uma estrutura em que mais de uma proteína estão ligadas em um complexo 
(NELSON & COX, 2011). 
As estruturas das proteínas estão ligadas as suas funções, cada proteína têm funções 
especificas, que evoluíram em um meio, com determinadas características. 
O processo de desnaturação proteica ocorre quando este meio é alterado de forma que mude 
a estrutura tridimensional da proteína, afetando sua atividade ilógica. 
A desnaturação não afeta as ligações peptídicas entre os aminoácidos, a estrutura primária é 
mantida (NELSON & COX, 2011) 
Cada uma delas suporta um limite de calor específico, que quando ultrapassado sofrerá 
mudanças em sua estrutura. Os dobramentos sofrem alterações e a mudança em um pedaço 
da proteína, leva a mudança em toda sua conformação (NEL & COX, 2011) 
Sobre o potencial de hidrogênio, ou PH, temos que em PHs extremos podem alterar a carga, 
levando ao rompimento de ligações de hidrogênio e consequentemente à mudança estrutural 
da proteína. Cada proteína trabalha em um PH especifico (NELSON & COX, 2011). 
 
 
 
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Influência da concentração 
A concentração é a quantidade relativa de uma sustância expressa em diferentes unidaes. 
Também chamada concentração em g/L (grama por litro), relaciona a massa do soluto em 
gramas com o volume da solução em litros (NELSON & COX, 2011). 
As soluções podem ser misturas homogêneas em que na grande maioria das vezes o soluto, 
sendo a substância que se dissolve, e a de menor quantidade e o solvente, substâncias que 
dissolve o soluto, está em maior quantidade (NELSON & COX, 2011). 
Desse modo, a concentração é definida como: “concentração de soluções químicas refere-se à 
quantidade de soluto que existe em uma quantidade padrão de solução ou em uma 
quantidade padrão de solvente” (NELSON & COX, 2011). 
 
Influência do peso molecular no transporte de moléculas 
As moléculas são constituídas por átomos unidos através de ligações que podem ser 
covalentes e iônicas. 
A massa da molécula é igual à soma dos átomos que a forma, sendo assim, para obtermos a 
massa molecular deve-se somar as massas de todos os átomos contidos na fórmula das 
sustâncias (SOUZA, 2019). 
Temos então a massa molecular (MM), que é a massa da molécula medida em unidades de 
massa atômica. Para cálculos estequiométricos, utiliza-se a unidade gramas (g) (SOUZA, 2019) 
A composição centesimal ou análise elementar, é a fórmula centesimal fornece o percentual 
dos átomos que compõe a substância, representa a proporção em massa que existe na 
substância (SOUZA, 2019) 
O mol, chamado assim pela primeira vez pelo químico Wihem Ostwald em 196, significa mole 
ou “monte”, “quantidade” 
 
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