Msc Andreza Patricia M. S. Martins

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1 Msc Andreza Patricia M. S. Martins
CARBOIDRATOS Msc Andreza Patricia M. S. Martins

2 Conceitos Gerais:   Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza. Para muitos carboidratos, a fórmula geral é: [C(H2O)]n, daí o nome "carboidrato", ou "hidratos de carbono"

3 São moléculas que desempenham uma ampla variedade de funções, entre elas:
Fonte rápida de energia: Principais produtores de energia sob a forma de ATP, metabolismo adaptado ao consumo de glicose como substrato energético. Reserva de energia: Amido, nos vegetais; Glicogênio nos animais. Estrutural: Parede celular dos vegetais, carapaça dos insetos. Matéria prima para a biossíntese de outras biomoléculas.

4 MONOSSACARÍDEOS Açúcares simples possuindo de 3 a 8 carbonos, ligados por ligações covalentes simples; São os carboidratos mais simples, dos quais derivam todas as outras classes. são carboidratos não polimerizados, por isso, não sofrem hidrólise. Possuem em geral entre três e sete átomos de carbono. Quimicamente são polihidroxialdeídos (ou aldoses)- ou polihidroxicetonas (ou cetoses). 3 carbonos: O Gliceraldeído e a di-hidroxicetona.

5 MONOSSACARÍDEOS Os monossacarídeos mais simples são constituídos por três átomos de carbono, como é o caso do gliceraldeído e da diidroxicetona, porém as unidades monossacarídicas podem ter quatro, cinco, seis, sete átomos de carbono, recebendo nome de tetroses, pentoses e assim por diante.

6 A classificação dos monossacarídeos também pode ser baseada no número de carbonos de suas moléculas;
TRIOSES, TETROSES, PENTOSES, HEXOSES, etc. Destes, os mais importantes são as Pentoses e as Hexoses.

7 DESOXIRRIBOSE (PENTOSE)
MONOSSACARÍDEO FUNÇÃO RIBOSE (PENTOSE) ESTRUTURAL (RNA) DESOXIRRIBOSE (PENTOSE) ESTRUTURAL (DNA) GLICOSE (HEXOSE) ENERGIA FRUTOSE (HEXOSE) ENERGIA GALACTOSE (HEXOSE) ENERGIA

8 Quanto aos grupamentos funcionais
Aldoses: Monossacarídeos de função mista poliálcool-aldeido, como a glicose , galactose, arabinose e manose; Cetoses: Monossacarídeos de função mista poliálcool-cetona, como a frutose.

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11 Apenas 0,02% na forma aberta
Em Solução Aquosa.... Apenas 0,02% na forma aberta Forma cíclica - hemiacetal, de 5 ou 6 vértices: Furanose - anel de 5 elementos, menos estável Piranose - anel de 6 elementos, mais estável. Forma cíclica - hemicetal, de 5 ou 6 vértices: Furanose - anel de 5 elementos, menos estável Piranose - anel de 6 elementos, mais estável.

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13 Ciclização Quando monossacarídeos se ciclizam sob a forma do anel "pirano" são conhecidos como piranosídicos e o nome do monossacarídeo é acompanhado pelo sufixo piranose, a fim de designar sua correta conformação espacial. Por exemplo, a glucose piranosídica é conhecida como glucopiranose. A mesma conjugação de substantivos também é válida para os monossacarídeos que se ciclizam na forma do anel furanosídico (nome oriundo da molécula furano). A frutose, por exemplo, se ciclizada dessa forma, é conhecida como frutofuranose.

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17 Mutarrotação

18 Estereoisomeria • Estereoisômeros são moléculas cujos átomos tem a mesma forma estrutural, mas diferem na forma como esses mesmos átomos estão orientados no espaço. SOMENTE OCORRE ISOMERIA QUANDO HOUVER CARBONO(S) ASSIMÉTRICO(S) Número de isômeros opticos = 2n n= número de carbonos assimétricos Centro quiral = carbono assimétrico

19 Esquemas de representação: Projeção de Fischer ou fórmula em perspectiva

20 Enantiômeros – imagem especular total do monossacarídeo - determina o desvio de luz polarizada (ex: L-glicose e D-glicose).

21 Epímeros são aqueles que diferem entre si na posição de apenas uma hidroxila. Não influencia no desvio da luz. Glicose e Galactose são epímeros em C4 Glicose e Manose são epímeros em C2

22 Glicose A glicose é usada na alimentação (na fabricação de doces, balas, etc.). Produto final da digestão dos açúcares no organismo; resultado da "quebra" de carboidratos mais complexos encontrados nos cereais, frutas e hortaliças; É rapidamente absorvida, sendo utilizada como fonte de energia ou armazenada no fígado e no músculo na forma de glicogênio muscular; É também chamada de "açúcar do sangue", pois é o açúcar mais simples que circula em nossas veias. No sangue humano, a sua concentração é mantida entre 80 e 120 mg por 100 ml, pela regulação de diversas vias metabólicas.

23 Frutose É encontrada principalmente nas frutas e no mel.
É o mais doce dos açúcares simples. Fornece energia de forma gradativa por ser absorvida lentamente, o que evita que a concentração de açúcar no sangue (glicemia) aumente muito depressa.

24 Galactose é oriunda da lactose (um dissacarídeo) quando combinada com a glicose. No fígado, é transformada em glicose para fornecer energia.

25 FORMAÇÃO DE GLICOSÍDEOS
• Dois monossacarídeos ligados através das OH, com a saída de uma molécula de H2O Os grupos OH são numerados e o esquema de numeração segue o dos átomos de C nos quais estão ligados.

26 Oligosacarídeo São carboidratos que por hidrólise originam dois ou mais monossacarídeos.

27 DISSACARÍDEOS

28 Ditos Glicosídeos - formados da ligação de 2 monossacarídeos: Ligações Glicosídicas.
Formados também pela ligação de um carboidrato a uma estrutura não-carboidrato, como uma proteína.

29 Em azul e verde vê-se as extremidades hemicetais da α-Dglicose e da ß-D-glicose participando da ligação glicosídica acetal (em laranja) para a formação da maltose. Observe que depois da ligação glicosídica estabelecida ainda resta uma extremidade hemicetal livre, indicando que a maltose é um açúcar redutor.

30 Reações de Óxido-Redução
• As aldoses são chamadas açúcares redutores, pois, quando um aldeído é oxidado, os agentes oxidantes devem ser reduzidos.

31 Reações de Óxido-Redução
Os açúcares redutores possuem grupos aldeídos e cetonas livres na cadeia e são chamados redutores por atuarem como agentes redutores,isto é,que sofrem oxidação(doam elétrons).

32 Reações de Óxido-Redução
Já a sacarose (açúcar comum elaborado pelos vegetais), formada por glicose e frutose possui átomos de carbonos anoméricos de ambos os monossacarídeos envolvidos na ligação glicosídica. Açúcares não redutores (como a sacarose) possuem esses grupamentos (aldeídos e cetonas) interligados e tormam-se redutores a partir do momento em que sofrem hidrólise(quebra). Já os açúcares invertidos possuem esses grupamentos (aldeídos e cetonas) localizados de forma invertida.

33 Reações de Óxido-Redução
O açúcar invertido é um ingrediente utilizado pela indústria alimentícia e consiste em um xarope quimicamente produzido a partir do açúcar comum, a sacarose. É usado principalmente na fabricação de rebuçados/balas, doces e sorvetes, para evitar que o açúcar cristalize e dê ao produto final uma desagradável consistência arenosa.

34 Reações de Óxido-Redução
Além de conferir textura adequada aos produtos em que é utilizado como matéria prima, o açúcar invertido também auxilia na formação de cor e de aroma, através da chamada Reação de Maillard ou escurecimento não enzimático. A inversão do açúcar provoca a quebra da sacarose em dois açúcares que formam a sua molécula: glicose e frutose. A fórmula da reação química é a seguinte: C12H22O11 (sacarose) + H2O (água) = C6H12O6 (glicose) + C6H12O6 (frutose).

35 Reações de Óxido-Redução
O termo invertido decorre de uma característica física da sacarose, que se altera durante o processo de hidrólise: originalmente, um raio de luz polarizada que incide sobre a sacarose é desviado para a direita, ou seja, a sacarose é uma molécula dextrógira (D, +). Após o processamento de inversão, a glicose (D, +) e a frutose (L, -) resultantes têm a propriedade conjunta de desviarem a luz para a esquerda; ou seja, o açúcar invertido é levógiro. Uma substância natural com características semelhantes ao açúcar invertido industrialmente produzido é o mel de abelhas. As abelhas secretam a enzima invertase, que transforma grande parte da sacarose contida no néctar proveniente dos vegetais em glicose e frutose.

36 O tipo de ligação glicosídica é definido pelos carbonos envolvidos e pelas configurações de suas hidroxilas. Exs:

37 Dissacarídeos hidrólise  2 monossacarídeos
2 monossacarídeos unidos por ligação glicosídica.

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40 Maltose Dissacarídeo obtido da hidrolise do amido, glicose + glicose
Mamíferos digerem a maltose, e não conseguem digerir a celulose. A digestão inicia na boca sob ação da amilase Utilizado em bebidas como no leite maltado e na cerveja, onde leveduras reduzem até moléculas de glicose

41 Maltose

42 POLISSACARÍDEOS Oligossacarídeos: entre 8 e 20 unidades monossacarídicas. Polissacarídeos: 20 unidades ou mais unidades. Os mais importantes são os formados pela polimerização da glicose. Amido e glicogênio: altamente hidratados.

43 POLISSACARÍDEOS De acordo com o tipo de unidades monossacarídicas, podem ser classificadas em: homopolissacarídeos ou heteropolissacarídeos.

44 HOMOPOLISSACARÍDEOS Os homopolissacarídeos são aqueles constituídos por apenas uma unidade monomérica e são formas de armazenamento de monossacarídeos que servirão de reserva energética, como o amido e o glicogênio, ou ainda como elementos estruturais, tal qual é o caso da celulose na parede bacteriana ou o da quitina, componente do exoesqueleto de artrópodes.

45 HETEROPOLISSACARÍDEOS
Os heteropolissacarídeos estão representados pelos PEPTIDOGLICANOS, componentes das paredes bacterianas, e pelos GLICOSAMINOGLICANOS, presentes na matriz extracelular de animais superiores.

46 Polissacarídeos de reserva:
Em geral são do tipo homopolissacarídeos estão presentes em todos os seres vivos, onde tem como função constituir reserva de energia, em geral glicose ou frutose.

47 Ramificações (e ligação glicosídica)
Nome Ramificações (e ligação glicosídica) Homopolissacarídeo (HO) ou heteropolissacarídeo (HE) Função Monossacarídeo Origem Amido Amilose (linear) Amilopectina (ramificada) Sim Estrutura linear com ligações do tipo  1-4  1-6(a cada resíduos) HO Armazenamento Glicose Vegetal (em amiloplastos) Glicogênio Ramificações  1-6 (a cada resíduos) Animal (encontrado em animais superiores, insetos, crsutáceos, fungos) Inulina Não. Estrutura linear com ligações do tipo β 2-1 HE (possui uma molécula de glicose em ligação  1-2 na porção inical da cadeia linear) Frutose Vegetal (cebola, alho, alcachofra, chicória, trigo) Levana Sim. Estrutura linear com ligações do tipo β 2-6 Ramificações β 2-1 cada resíduos β 2-1 Vegetal (cebola, alho, alcachofra, chicória, trigo

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49 HOMOPOLISSACARÍDEOS AMIDO

50 Reserva da célula vegetal
Amido: Reserva da célula vegetal Polímeros de glicose: amilose e amilopectina Hélice em solução aquosa. Presente nos cereais Grânulos de amido Cloroplasto

51 Polissacarídeos O amido é constituídos por unidades de a-glicose unidas por ligações 1-4 e divididos em duas partes, a amilose, que é uma cadeia linear não-ramificada, e amilopectina, que apresenta pontos de ramificação, com ligações do tipo 1-6. Amido

52 Tipos de amido: amilose e amilopectina

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54 A amilase salivar é na verdade composta por dois tipos de amilase que são capazes de digerir ligações  1-4 e  1-6, digerindo amido e glicogênio, porém não é capaz de digerir ligações  1-4, do tipo que existe na celulose.

55 Reserva da célula animal; Polímero de cadeia muito ramificada.
Glicogênio: Reserva da célula animal; Polímero de cadeia muito ramificada. Abundante no fígado e presente no m. esquelético; Armazenados em grânulos (e também as enzimas que o degradam). Hepatócito Grânulos de glicogênio

56 Polissacarídeos O glicogênio é outro polissacarídeo muito importante é encontrado nas células animais em forma de grãos ou grânulos. Assim como a amilopectina, apresenta ramificações em ligações do tipo 1-6.

57 Glicogênio Presente em todas células como fonte de reserva porem é mais abundante no músculo esquelético e no fígado, ocorrendo sob a forma de grânulos citoplasmáticos A estrutura do glicogênio se assemelha a estrutura da amilopectina, porém o glicogênio possui mais ramificações. A estrutura altamente ramificada do glicogênio permite a rápida mobilização da glicose em períodos de necessidade metabólica.

58 Glicogênio

59 Polissacarídeos Estruturais:
São do tipo homopolissacarídeos ou heteropolissacarídeos e estão presentes em todos os seres vivos, conferindo estruturação ao organismo, rigidez e proteção contra agressões externas. Abaixo temos alguns exemplos de polissacarídeos estruturais:

60 Ramificações (e ligação glicosídica)
Nome Ramificações (e ligação glicosídica) Homopolissacarídeo (HO) ou heteropolissacarídeo (HE) Função Monossacarídeo Origem Celulose Não ( 1-4) HO Estrutural Glicose Vegetal (na parede celular) Quitina Não( 1-4) N-Acetilglicosamina Animal (exoesqueleto de artrópodes) Lignina- Hemiceluloses- Polioses HE Glicose, xilose, manose, arabinose Vegetal Peptídoglicano* N-Acetilglicosamina e n-acetilmurâmico Bactérias (na parede celular) Glicosaminoglicanos* (hialuronato, condroitin sulfato e queratan sulfato) Não ( 1-3) Variável de acordo com o tipo Animais (na matriz extracelular da pele e tecido conectivo )

61 Polissacarídeos Estruturais:
Está presentes em todos os vegetais e também em bactérias nas paredes celulares, conferindo estruturação rígida. A celulose é o composto orgânico mais comum na natureza. Ela constitui entre 40 e 50% de quase todas as plantas. Há estimativas de que cerca de 50 bilhões de toneladas deste composto químico são produzidas por ano. A celulose está presente também em bactérias (onde corresponde a % do seu peso) e algas, mas em pequenas proporções. A celulose está localizada principalmente na parede secundária das células vegetais.

62 Celulose: É o carboidrato mais abundante na natureza Função estrutural na célula vegetal: parede celular Também polímero de glicose, mas formada por ligações tipo b.

63 Celulose: A celulose, por outro lado, é formada por b-glicose também unidas por ligações do tipo 1-4, o que lhes confere estrutura tridimensional e propriedades físicas diferentes. Celulose A celulose apresenta as unidades monossacarídicas a 180° em relação às vizinhas, o que lhe confere um rede estabilizadora de pontes de hidrogênio

64 Celulose: O polímero celulose “puro” pode ser hidrolisado à D- glicose, podendo ser considerado como um polímero de anidroglicose, significando o prefixo anidro, que a água é perdida da unidade de glicose durante sua condensação em celulose O n refere-se ao número de unidades anidroglicose repetidas numa molécula de celulose e é comumente designada como Grau de Polimerização - GP. A ligação β 1,4 distingue a celulose da fração linear do amido que é um polímero  1,4 -D-anidroglicose

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66 Quitina Principal componente estrutural do exoesqueleto de invertebrados como crustáceos, insetos e aranhas, alem da parede celular de fungos e algas. Apresenta boa resistência mecânica Homopolissacarídeo linear com moléculas de n-acetil glicosamina

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68 Quitina Difere da celulose na composição dos seus monômeros
Na celulose é a glicose e na quitina cada monômero ao invés de possuir uma hidroxila (-OH) possui um grupo acetilamina (-NH – CO – CH3) no carbono c2

69 Heteropolissacarídeos
Formados por 2 ou mais tipos de unidades monossacarídicas. Diferenciam-se pelos monossacarideos que os compõem e seu arranjo pela cadeia. Funções estruturais. Ex: peptídeoglicano, glicosaminoglicana (ácido hialurônico, condroitin sulfato), proteoglicana

70 HETEROPOLISSACARÍDEOS
Os heteropolissacarídeos estão representados pelos PEPTIDOGLICANOS, componentes das paredes bacterianas, e pelos GLICOSAMINOGLICANOS, presentes na matriz extracelular de animais superiores.

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72 HETEROPOLISSACARÍDEOS
Os PEPTIDOGLICANOS são formados por unidades alternadas de N-acetilglicosamida e ácido N-acetilmurânico, ligados por ligações do tipo ß1-4. Em bactérias, as ligações cruzadas que estabelecem com proteínas fazem com que este polissacarídeo ligue-se fortemente a um revestimento da célula bacteriana conferindo à bactéria resistência e proteção contra a lise por osmose. O emprego de antibióticos como a penicilina inibem a formação das ligações cruzadas.

73 Peptídeoglicano O componente rígido da parede bacteriana.
Heteropolímero de unidades alternadas de N-acetil-glicosamina ligado ao ácido N-acetilmuramínico Estes heteropolímeros ficam interligados por pequenos peptídeos, cuja estrutura exata depende da bactéria  malha resistente pressão osmótica As ligações β1-4 do peptídeo-glicano podem ser clivadas pela enzima lisozima. Saliva Lágrimas Vírus (infecção bacteriana). A lisozima (A. Fleming)

74 HETEROPOLISSACARÍDEOS
Os GLICOSAMINOGLICANOS, por sua vez, são polímeros lineares com unidades repetitivas de dissacarídeos, sendo um de seus monossacarídeos a N-acetilglicosamida ou a N-acetilgalactosamina. A outra unidade monomérica é o ácido urômico (ácido D-glicurônico ou L-irudônico), o qual confere carga negativa ao polímero. Assim, em solução aquosa, este assume uma conformação estendida.  Os glicosaminoglicanos ligados á proteínas são chamados de proteoglicanos.

75 Glicosaminoglicanas matriz extracelular  material gelatinoso, que mantém as células do tecido animal juntas e fornece um meio poroso para a difusão de nutrientes e de oxigênio entre células individuais. A matriz extracelular é composta de uma mistura de heteropolissacarídeos e de proteínas fibrosas. Glicosaminoglicanas (ou mucopolissacarídeos) Polímeros de unidades dissacarídicas repetidas. N-acetilglicosamina ou N-acetil-galactosamina ácido glicurônico (ácido glicurônico ou ácido idurônico)

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77 Exemplos de Glicosaminoglicanas
Ácido hialurônico – Na MEC grande massa molecular. Cor clara e forma soluções altamente viscosas. Componente da cartilagem, tendões e líquido sinovial (força tensível, elasticidade e lubrificação). As hialuronidases, enzimas secretadas por algumas bactérias patogênicas, podem hidrolisar as ligações glicosídicas tornando os tecidos mais suscetíveis à invasão por bactérias.

78 Hialuronidases, presentes no esperma, hidrolisam um glicosaminoglicanos em torno do óvulo de muitos organismos, permitindo a penetração do espermatozóide no óvulo.

79 GLICOCONJUGADOS Os glicoconjugados participam de estruturas como a membrana celular e a matriz extracelular, além de serem portadores de informações, podendo fornecer o endereçamento de proteínas, reconhecimento célula-célula e nada mais são do que associação de carboidratos, sejam eles oligossacarídeos ou polissacarídeos, com lipídios ou proteínas.

80 GLICOCONJUGADOS As glicoproteínas são formadas pela associação de carboidratos com proteínas como o próprio nome sugere.

81 GLICOCONJUGADOS A associação do carboidrato à proteína pode alterar a solubilidade desta ou ainda intervir na seqüência de eventos que se processam no seu enovelamento (estrutura terciária).

82 GLICOCONJUGADOS Lipídios também podem se associar aos açúcares e passam a ser chamados de glicolipídeos ou lipopolissacarídeos. Os gangliosídios, por exemplo, são componentes das membranas celulares de eucariotos e podem determinar, no caso das hemácias, os tipos de grupos sangüíneos. Já os lipopolissacarídeos estão presentes nas membranas de bactérias gram-negativas, o que ajuda o sistema imune do organismo infectado a reconhecer a presença de algo que não lhe é próprio e combatê-lo.

83 Proteoglicanos Glicoproteínas Glicolipídeos Glicoconjugados
Marcações (destino de proteínas) Interações célula-célula, célula-matrix extracelular. Informação (reconhecimento celular, adesão, migração no desenvolvimento, resposta imune, etc). Proteoglicanos Glicoproteínas Glicolipídeos Grande proporção de açúcares em relação proteína, oligossacarídeo repetitivo. Menor proporção de açúcares em relação proteína, oligossacarídeo não-repetitivo. Oligossacarídeos ligados na porção hidrofílica dos lipídeos de membrana

84 Glicoproteínas São compostos que contém resíduos de carboidratos além da cadeia polipeptídica, ex. Anticorpos Ocorrem em todas as formas de vida Desempenham papel importante nas membranas celulares em inúmeras reações, na superfície celular denominam-se proteoglicanos Estão constantemente sendo degradados e produzidos, quando acumulam-se causam graves lesões como deformidades esqueléticas e retardo mental

85 Lipopolissacarídeo de membrana da Salmonella
Glicolipídeos Presentes na parte externa da membrana. Lipooligossacarídeos presentes na superfície de bactérias ou secretados: alvos de anticorpos (ex: resposta imune e estirpes bacterianas) Reconhecimento (ex: entre parceiros de simbiose) Tóxicos (ex: bactérias gram-negativas  diminuição pressão sangüínea (síndrome do choque tóxico) Lipopolissacarídeo de membrana da Salmonella

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87 Digestão de carboidratos
Principais sítios de digestão: boca e lúmem do intestino A digestão inicia na boca, onde a amilase salivar na mastigação hidrolisa de maneira aleatória as ligações do amido e não conseguem digerir a ligação presente na celulose. A digestão cessa temporariamente no estomago porque a elevada acidez inativa a amilase salivar

88 Digestão de carboidratos
Quando o conteúdo acido do estomago atinge o intestino delgado, ele é neutralizado pelo bicarbonato produzido no pâncreas e a amilase pancreática continua o processo de digestão do amido O processo final da digestão ocorre no epitélio mucoso do jejuno, diminuindo a medida que os produtos seguem ao longo do intestino delgado com a ação de dissacaridases e oligossacaridases

89 Digestão de carboidratos
Com os monossacarídeos formados, se inicia a absorção pelas células da mucosa do intestino. A captação de glicose pelas células intestinais não requer auxilio de insulina Os monossacarídeos são transportados para o interior das células por processos ativos que envolvem gasto de energia pela célula envolvendo proteínas transportadoras e captação de íons para auxilio.

90 Degradação anormal Quando o individuo possui alguma deficiência de dissacaridase, o carboidrato não digerido passa para o intestino grosso A presença desse material osmoticamente ativo nessa porção do intestino causa diarréia osmótica, que com a fermentação bacteriana causa cólicas e flatulência além da diarréia

91 Degradação anormal Deficiência hereditária de enzimas digestivas levando a intolerância a dissacarídeos eclodidas por outras doenças intestinais, má-nutrição ou drogas que danificam a mucosa do intestino delgado. Intolerância à lactose ou sacarose: ate 90% dos adultos afrodescendentes possuem deficiência de lactase. O tratamento é a remoção da lactose ou sacarose da dieta ou a ingestão de lactase em forma de pílulas antes da alimentação.

92 CURIOSIDADES

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