Ribeirão Preto, Abril de 2006 - N°14 Ano 06
PROJETO EDUCACIONAL CTC FACULDADE DE MEDICINA DE RIBEIRÃO PRETO CENTRO REGIONAL DE HEMOTERAPIA
Tudo começa com a célula ovo, quando um óvulo é fecundado por um espermatozóide. Forma-se um embrião, desenvolve-se o feto e, em nove meses, nasce um bebê. A partir deste momento, o organismo cresce de forma contínua. Até chegar na adolescência, fase em que o corpo está pronto para se reproduzir. E um novo ciclo se inicia. Bem, esta história vocês já conhecem. E se dissesse que tudo isso acontece com a divisão das células...? Você já ouviu falar em mitose e meiose? Da célula ovo até formar-se um organismo adulto, com aproximadamente 10 trilhões de células (chamadas células somáticas), devem ocorrer inúmeras divisões celulares do tipo mitose. Entretanto, a formação dos gametas, óvulo e espermatozóide, requer um outro tipo de divisão celular, a meiose, que é um pouco diferente nas meninas e nos meninos.
espermatogônias - células que vão dar origem aos espermatozóides, com 46 cromossomos- são transformadas, por meio de uma série de estágios da meiose, em espermátides com 23 cromossomos (23,X ou 23,Y), processo denominado espermatogênese. Divisão Celular Quando uma célula entra em mitose, 2n (diplóide), divide-se em duas célulasfilhas com a mesma carga genética, 2n. É um processo contínuo, e para simplifi-
Na prófase I os cromossomos das células da meiose apresentam estrutura e comportamento diferentes dos cromossomos da mitose, tais como: formação do complexo sinaptonêmico,
M e i Gametogênese o Para manter o número cromossômico da espécie humana (2n=46, 23 pares), o s óvulo e o espermatozóide devem conter e metade do número de cromossomos (n=23) presentes nas outras células. A I
pareamento LEPTÓTENO
dos
cromossomos
homólogos
(sinapse), crossing-over e formação de quiasmas. As demais fases da meiose seguem de maneira semelhante às fases da mitose. O esquema ao lado compara as fotos de microscopia óptica (aumento de 1000x) e figuras do livro didático. Cada foto corresponde a células diferentes
ZIGÓTENO
que encontram-se nas fases específicas. As fases em que não são indicadas com fotos,acontecem muito
PRÓFASE I
meiose é o tipo de divisão celular capaz de reduzir o número cromossômico à metade. Os gametas masculinos e femininos são originados por meio de um processo conhecido como gametogênese. Este processo acontece em épocas diferentes nos meninos e nas meninas, embora a sequência de divisão celular seja a mesma. A meiose nas meninas ocorre nos ovários e inicia-se quando o feto está no útero da mãe, por volta do terceiro mês de gestação, e só termina quando o óvulo é fecundado -processo chamado de ovulogênese. Já nos meninos inicia-se na puberdade e demora 64 dias- tempo de um espermatozóide ser produzido. Nos homens, ela ocorre no interior dos túbulos seminíferos, onde são formados os espermatozóides, em que as
car o seu entendimento, foi dividida em fases: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Já a meiose, que também acontece com células diplóides, 2n, origina quatro células haplóides, n, os gametas. É dividida em meiose I e meiose II. Todos os processos que ocorrem na meiose têm como finalidade manter constante o número de cromossomos e também assegurar a variabilidade genética de cada espécie, através da recombinação gênica, o crossing over.
rapidamente, impossibilitando a análise microscópica. VS = Vesícula Sexual, XY = Cromossomos sexuais e 9 = Cromossomo número 9.
M E I o S e II
PAQUÍTENO DIPLÓTENO
PRÓFASE II
METÁFASE I
METÁFASE II ANÁFASE I DIACINESE
TELÓFASE I
ANÁFASE II TELÓFASE II
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Retomamos o ano de 2006 com a 14a edição do Jornal das Ciências e uma programação especial para os alunos: o Roda da Ciência. Numa das aulas do projeto, tivemos a presença do diretor-científico do Hemocentro de Ribeirão Preto, Marco Antonio Zago, que debateu com os alunos um assunto muito interessante: diabetes. O tema foi inspiração para os alunos escreverem uma ‘peça de teatro’, no Trilha da Ciência. O assunto também deu margem à entrevista com o pesquisador Dr. Júlio Voltarelli (pág.4), que pesquisa a cura da diabetes utilizando células-tronco. A matéria de capa trata sobre um assunto muito importante da biologia: mitose, meiose e gametogênese. Leia também o debate sobre escolas e os resultados do Enem, com os alunos e Dr. Dimas Tadeu Covas, diretor-presidente do Hemocentro. Boa leitura!
Expediente O Jornal das Ciências é uma publicação do CTC/Hemocentro de Ribeirão Preto/USP e distribuído gratuitamente nas escolas. É parte do Projeto Educacional CTC/ CEPID/ FAPESP. Coordenadores: Dimas Tadeu Covas, Marco Antonio Zago, Marisa Ramos Barbieri. Coordenadora Casa da Ciência e MuLEC: Marisa Ramos Barbieri. Redação e edição: Gabriela Zauith-MTB: 31.145. Revisão: Alzira Soares Sene. Diagramação: Mara de L. Alem e Vinícius M. Godoi. Arte: Sandra Navarro e Vinícius M. Godoi. Ilustrações: André Perticarrari. Equipe Casa da Ciência: André Perticarrari, Carla F. Dalmati, Edvaldo F. Gonçalves, Eduardo A. Orlando, Flávia F. do Prado, Fernando Trigo, João Carlos Baldo, Willian de Souza. Apoio: Hemocentro de Ribeirão Preto, Fundação Vitae, Fapesp e BT Coseas/USP. Impressão: Gráfica Comtol. Fotos: Divulgação/Casa da Ciência. Endereço: Rua Tenente Catão Roxo, 2501. CEP: 14051-140. Ribeirão Preto - SP. Telefone: (16) 2101.9308. Internet: http://ctc.fmrp.usp.br/casadaciencia. Email: casadaciencia@hemocentro.fmrp.usp.br. Tiragem: 3.500 exemplares. Distribuição Gratuita. É permitida a reprodução de textos, desde que citada a fonte.
C B
As figuras mostram cromossomos na fase de paquíteno, muito diferentes das figuras dos livros didáticos. A- DNA de um núcleo em paquíteno, em que os cromossomos homólogos estão totalmente pareados entre si (aumento de 1000x). B- Nesta célula, o DNA foi destruído e observamos apenas a proteína do complexo sinaptonêmico, presente entre os cromossomos pareados (aumento de 1000x). C- Estrutura protéica do complexo, visualizada em detalhe por microscopia eletrônica (aumento 61.200x).
Durante a aula da pesquisadora Rita Carrara com os alunos do Roda da Ciência, foi debatida a importância do complexo sinaptonêmico para garantir a produção de gametas com cromossomos corretos (23), um assunto inédito no livro didático. O complexo sinaptonêmico é uma estrutura protéica, que se forma no estágio de paquíteno (veja foto). Sua função é unir os cromossomos (homólogos) para que ocorra a troca de segmentos de DNA, o crossing over; além de garantir uma segregação cromossômica correta entre os cromossomos homólogos (fase da anáfase). Ou seja, para que cada uma das células filhas resultantes da meiose I receba um único cromossomo de cada par de homólogos. Nos indivíduos em que não se forma este complexo, sua fertilidade é afetada, pois a constituição dos cromossomos se altera nos gametas. Para estudar a espermatogênese (produção dos espermatozóides) ela utilizou células germinativas obtidas de biopsia do
Sinapse - em se tratando de genética, é ação de ligar. Corresponde ao pareamento dos cromossomos homólogos na profáse I da meiose. Quiasma - na genética, é o cruzamento entre cromátides dos cromossomos homólogos. Visto durante as fases de diacinese e metáfase I (meiose I). São evidências da troca de material cromossômico (crossing over)
testículo de 70 homens estéreis. Destes, em cinco pacientes foram observadas alterações do complexo sinaptonêmico, causadas por mutações no DNA. Os estudos sobre a origem dessas mutações são poucos, a forma grave não é transmitida: o portador sendo estéril, não deixa descendentes. Essas mutações podem ser herdadas, como propõe o estudo; foram observados vários indivíduos com infertilidade em uma mesma família, com história de casamentos consangüíneos (pessoas da mesma família) entre seus progenitores (pais ou avós). A chance dessas mutações raras se encontrarem aumenta quando ocorrem uniões consangüíneas. Dra. Rita Carrara, pesquisadora do CTC (Centro de Terapia Celular), fez pós-graduação no departamento de Genética da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, em conjunto com a Universidade Autônoma de Barcelona (UAB, Espanha), com o grupo que descreveu a meiose humana em detalhes.
por meio do crossing over meiótico que gera novas combinações de genes alelos. de um par de cromossomos. LEIA MAIS NO TRILHA DA Mutação gênica - qualquer CIÊNCIA alteração na seqüência de DNA Células germinativas - células do genoma. DNA - ácido nucléico, que contém reprodutivas capazes de, as informações genéticas do q u a n d o m a d u r a s , s e r e m fertilizadas e reproduzirem um indivíduo. Recombinação gênica -mistura organismo inteiro. de genes que ocorre entre Células somáticas - células que indivíduos da mesma espécie, compõe os tecidos do corpo.
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Você já conheceu uma pessoa que gosta muito de doces e chocolate, e um dia descobriu estar com diabetes? O assunto foi abordado durante um debate com o professor doutor Marco Antonio Zago, professor da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da USP, com os alunos do Roda da Ciência. Você imagina o que acontece no seu organismo quando come um doce? Quem é o responsável pelo controle da insulina? Uma pessoa diabética não produz, ou produz pouca insulina, cuja função é fazer a glicose (açúcar) entrar na célula. A insulina é produzida por uma célula chamada beta, localizada em pequenas ilhotas no pâncreas (ilhotas de Langerhans) - uma glândula mista, onde também são produzidas enzimas jogadas no tubo digestivo, para digestão. A glicose é a principal fonte de energia do nosso organismo, obtida dos alimentos. Quando comemos, a glicose entra na corrente sanguínea, é metabolizada e sua energia é armazenada sob forma de ATP (trifosfato de adenosina). Se não houver insulina suficiente, a glicose não consegue entrar na célula, e o nível de glicose do sangue (glicemia) se eleva, como acontece nas pessoas diabéticas. Depois que a insulina entra em circulação e cumpre seu papel, ela é destruída - a insulina vive apenas alguns minutos, por isso sua produção é constante. Alunos do Roda da Ciência
conheceram o professor Zago naquele momento e o surpreenderam com desenvoltura e rapidez de raciocínio nas analogias com conceitos já aprendidos em outras aulas no Hemocentro: Prof. Zago: Como a célula beta regula a produção de insulina? Alunos: Pelo nível de glicose no sangue. Se ele aumenta, as células beta liberam mais insulina. Prof. Zago: E como ela faz isso? Alunos: Pela síntese de proteínas. Prof. Zago: A glicose da célula tem um mecanismo de sinalização. Mas quem vai mandar a mensagem? Quem vai fazer célula mandar insulina? Alunos: A mensagem está no DNA. Prof. Zago: Quando a glicose entra na célula, ela manda uma mensagem para avisar o gene -que está no DNA- para ele trabalhar. Esse gene produz o RNA mensageiro que é transcrito em proteína e secretada como insulina.
conjunto de células para constituir o pâncreas. Essas células provavelmente devem se originar de células-tronco, capazes de se renovar. No caso de uma pessoa diabética, elas perderam essa capacidade. Obesidade e diabetes Por que uma pessoa obesa tem diabetes? É o caso da diabetes tipo 2, quando a pessoa engorda, a insulina produzida pelo seu organismo é insuficiente para o volume do corpo. A ingestão de doces em si não causa diabetes, a questão é que comer em excesso, sem gastar energia, gera a obesidade, e esta sim propicia o desenvolvimento da doença. Desta forma, ao emagrecer, em alguns casos, a diabetes se normaliza. Leia mais no Trilha da Ciência
Células-tronco De onde vieram as células que constituem as ilhotas? Da célula-ovo, que dará origem ao e m b r i ã o . Durante o seu desenvolvim ento será formado u m
Quando não tratada, a diabetes pode causar: infarto, derrame, cegueira e insuficiência dos rins. Os sintomas são: sede excessiva, desejo freqüente de urinar, perda de peso e cansaço. Diabetes tipo 1 (ou diabetes mellitus): é uma doença auto-imune -causada pelo ataque do sistema imunológico às células beta do pâncreas, que faz com que a insulina não seja mais produzida. O tratamento consiste em aplicações diárias de insulina. Diabetes tipo 2: quando o corpo produz insulina, mas não o suficiente. Ocorre, normalmente, em pessoas acima de 40 anos, com peso acima do normal, ou, com histórico de diabetes na família. Muitas vezes, os sintomas não aparecem no início da doença, por isso é importante fazer os exames preventivos. Colaborou Gustavo Leopoldo Daré, endocrinologista.
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Entrevista
Júlio César Voltarelli, 57 anos, imunologista e coordenador do Departamento de Tr a n s p l a n t e d e Medula Óssea do Hospital das Clínicas de Ribeirão Preto, tem uma missão especial em suas mãos: a pesquisa para a cura da diabetes. A pesquisa utiliza células-tronco -obtidas da medula óssea do próprio paciente- para obter a cura da diabetes mellitus, para a qual é preciso que o diabético tome insulina para sobreviver. Os resultados são animadores: de 11 pacientes que fizeram o transplante de células-tronco em dezembro de 2003, oito deles não tomam mais insulina, “excedeu as nossas expectativas”, afirma Dr. Voltarelli que iniciou seu trabalho com células-tronco há 21 anos, nos Estados Unidos.
Nós não esperávamos que eles pudessem parar de tomar insulina. Quando podemos dizer que foi encontrada a cura para diabetes?
Primeiramente, seguiremos estes pacientes por cinco anos, se eles se mantiverem bem, sem o tratamento com insulina, podemos dizer que o tratamento funcionou. Mas não posso dizer se a doença vai voltar, não é impossível acontecer. O corpo pode guardar a memória desta doença e ela voltar?
Sim, existe a chance da doença voltar. Uma parte da causa da doença é genética e outra, ambiental. Nós não estamos mudando a genética, estamos transplantando células do próprio paciente. Sempre existe o risco da memória imunológica se manifestar. Quais são os próximos passos de sua pesquisa?
Estamos tentando entrar na terapia regenerativa. No segundo semestre vamos ter um laboratório para cultivar célulastronco mesenquimais. É uma célula Esquema ilustrativo do corpo humano mostrando os que aparentemente tem um potencial diferentes tecidos em que já foram diagnosticados a presença de célula - tronco: medula óssea; fígado; maior de regenerar outros órgãos musculatura esquelética; músculo coração; (capaz de se transformar em células cérebro; córnea; epitélio gastro-intestinal; pele; específicas tais como hepáticas, pâncreas; rim e pulmão. (http://cmbi.bjmu.edu.cn/cmbidata/stem/progress/Directions.htm) renais, musculares e ósseas).
O conceito de células-tronco mudou desde sua descoberta até os dias de hoje?
O conceito de que as células-tronco são capazes de se auto-renovar e se transformar em alguns tecidos continua o mesmo. A novidade é que as célulastronco podem se transformar em outros tecidos do corpo, não só naquele tecido em que ela está comprometida. Por exemplo: a célula do sangue (célulatronco hematopoética que origina as células do sangue) pode dar origem a células do sistema nervoso, fígado, pulmão. Qual é a utilização das células-tronco na sua pesquisa?
O novo na minha pesquisa é usar as células-tronco com a finalidade de tratar as doenças auto-imunes, como a diabetes. Não as estamos usando para regenerar o pâncreas, e sim para regenerar o sistema imunológico. Para a pesquisa foram selecionados 12 pacientes entre 12 e 35 anos, que tivessem o diagnóstico de diabetes tipo 1 até seis semanas. Destes, 11 foram transplantados (ainda resta um paciente para fazer o transplante). O resultado foi que um deles não melhorou, dois melhoraram parcialmente; e oito melhoraram bastante; menos de um mês depois de terem feito o transplante, já pararam de tomar insulina. Sua hipótese foi confirmada?
O senhor acha que o uso das células-tronco é a maior descoberta da ciência recentemente?
Sim. Ela dá esperança para curar doenças que até então não tinham cura. A própria diabetes é uma delas. - Doença auto-imune: É a condição em que o sistema imunológico do próprio organismo ataca as células, como por exemplo: diabetes mellitus (tipo 1), lúpus e esclerose múltipla. - Transplante de medula óssea autólogo: As células-tronco são retiradas da medula óssea do paciente e congeladas. O paciente passa então por um tratamento com remédios (quimioterapia) para que seu sistema imunológico seja destruído, juntamente com as células causadoras da doença. Depois as células são transplantadas novamente no paciente. Após o transplante, um novo
Sim, excedeu as nossas expectativas. Minha hipótese era sistema de defesa se desenvolve. O objetivo é que o sistema que os pacientes fossem tomar menor quantidade de insulina. imunológico volte a funcionar e deixe de agredir o tecido danificado.
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No começo do ano, iniciou-se o programa Roda da Ciência para alunos dos ensinos médio e fundamental, de escolas públicas e privadas. Os alunos participam de aulas e debates com pesquisadores e professores da USP, sobre temas de ciências como células-tronco, ecologia, evolução, entre outros. Também realizam experiências, observações, excursões e oficinas. No Roda da Ciência, os alunos apresentam-se para os colegas, e tornam-se 'autores' de seus trabalhos, ao elaborar textos, perguntas e dramatizações. Para a Casa da Ciência, a aproximação dos alunos com os pesquisadores permite desenvolver seu potencial para a iniciação científica. A interação dos alunos, suas perguntas, dúvidas e comentários são registrados como 'achados', de um programa que tem como objetivo verificar a aprendizagem dos alunos. Todas as atividades são documentadas e filmadas, e ficam à disposição para consultas e elaboração de materiais para divulgação. Na aula sobre gametogênese, por exemplo, a pesquisadora Rita Carrara surpreendeu-se com as manifestações dos alunos, que conseguiram relacionar os principais conceitos: Rafaela (14 anos): “É um problema no complexo sinapto...nêmico. O homem estéril não produz? Pesquisadora: São dois problemas. Ou ele não produz ou ele chega a produzir as proteínas que formam este complexo, só que, na hora de deixar os cromossomos pareados, ele se forma de uma maneira não estável, que dura pouco... Eduardo (16 anos): Então se é a proteína que está errada...esse defeito é herdado do pai...? Tá no DNA! Pesquisadora: Esse defeito é do DNA dele que não produz a proteína ou produz errado. Rafaela: É uma doença hereditária? Pesquisadora: É uma doença que pode ser hereditária, que não vai produzir o complexo sinaptonêmico corretamente. E vai fazer com que suas células germinativas não terminem de fazer a espermatogênese. Rafaela: Pode acontecer de um homem, que produz direitinho o espermatozóide, um dia acontecer esse erro? Do complexo sinaptonêmico... Pesquisadora: Sim. Pois essas alterações (mutações) podem estar em todas as células germinativas do indivíduo, ou apenas em algumas.
Felipe (16 anos): Então, essa doença acontece na hora do paquíteno, né? Pesquisadora: Sim. É uma doença gênica que afeta apenas as células germinativas, e se manifesta na hora do paquíteno. Pesquisadora: Se o pai tem a doença...o filho também vai ter? Felipe: Vai depender da troca dos genes, né? Almir (14 anos) : Porque é recessivo, pode pular uma geração. Se tiver um dominante, por exemplo, pula uma geração. O filho não tem, talvez o neto... Pesquisadora: Este foi um dos achados do meu trabalho. Eu sugeri que é uma herança autossômica recessiva, ou recessiva ligada ao cromossomo X.”
“O complexo sinaptonêmico é como se fosse um zíper, que vai juntando cada parzinho. Sem ele não tem como juntar, fica solto e não ocorre a união. Por isso, a divisão meiótica pára por aí. Ou seja, aquele que não produzir o complexo sinaptonêmico, não produz espermatozóides. É infértil!” Rafaela C. Baldo
“A recombinação gênica é muito importante para a evolução. Sem ela os indivíduos de uma mesma espécie acabariam idênticos um dia, ou chegariam à extinção mais rápido! O crossing over ou recombinação gênica, é uma 'artimanha' da evolução. Com a diferenciação genética, as gerações futuras podem desenvolver fenótipos (características), que vão ajudá-las a se tornarem mais adaptadas ao meio ambiente em que vivem, por causa dessa variabilidade genética e da seleção natural. É por isso que uma doença ou problema hereditário pode não aparecer nas gerações futuras, os genes que causam isso podem ser recombinados 'desativando' esse problema.” Felipe O. Baptista
“...Mas, meiose na verdade não é um bicho de sete cabeças! A meiose é um processo de divisão celular que reduz pela metade o material genético das células germinativas. E sua função é dar origem aos gametas. Olha aí! Quer dizer que sem meiose a gente nem existiria!” Mara Elisama da Silva (14 anos)
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Após assistirem a aula sobre diabetes, os alunos escreveram um diálogo, muito felizes por entenderem sobre o conceito de diabetes relacionado à massa
Segundo a avaliação do Enem
entre escolas públicas e particulares. Num país de
(Exame Nacional do Ensino Médio), com dados
primeiro mundo eles investem em educação. É o que
corpórea. Escrito por Almir
de 2005, os alunos de Ribeirão Preto de escolas
Bruno e Felipe O. Baptista:
privadas ( média de 56,8) tiveram melhores notas do que os de escolas públicas (média de 41,8 considerada baixa em relação à média nacional 45,3).
Papo no circular Narrador: No ônibus circular da USP, dois amigos se encontram: Sabichão: E aí, Gordines, tudo bem? Gordines: Ah, eu tô meio cansado, e o meu médico disse que eu tenho que comer menos chocolate. Sabichão: Ah, teu nível de insulina deve estar baixo. Gordines: Não! Não é isso, é diabetes. Sabichão: E você acha que diabetes é o quê? Gordines: Ah, não sei. Mas o que é essa tal de insulina? Sabichão: É o seguinte: Você sabe que as células do nosso corpo precisam de energia para sobreviver. Essa energia elas produzem a partir da glicose, e para ela entrar na célula, precisam da ajuda de uma proteína chamada insulina. Entendeu? (...)Gordines: Ah, então, por que eu tô com um nível baixo de insulina? Sabichão: Pode ser por um desses três motivos: o primeiro é causado por uma doença que mata ou impede as únicas células do nosso corpo que produzem a insulina... Gordines: E quais são as células que produzem a insulina? Sabichão: São as células beta, presentes em partes do pâncreas. O segundo pode ser um problema genético, nos genes responsáveis pela produção de insulina. Já o terceiro, que eu acredito que seja o seu caso, é por causa da sua grande massa corpórea. Gordines: E o que isso tem a ver com o meu corpinho? Sabichão: Bom! A gente já nasce com todas as células beta no nosso pâncreas, assim, quando você tem uma massa corpórea muito grande, a produção de insulina não é suficiente para suprir todo nosso corpo. Gordines: Ah! Por isso que a maioria das pessoas com diabetes são obesas? (...)Gordines: Então, acho melhor eu começar a fazer um regiminho e me livrar dessa tal diabetes.”
Durante uma conversa com Dr. Dimas Tadeu Covas, professor da Faculdade de Medicina da USP de Ribeirão Preto, os alunos do Roda da Ciência, a maioria d e escolas públicas, manifestaram sua opinião: E qual a diferença do ensino médio nas escolas públicas e privadas? Os professores da escola pública não têm incentivo. Na escola particular as portas se abrem mais para
deveria acontecer aqui, pois para chegar numa profissão, tem que ter um estudo. Vocês sabem o que significa a palavra equidade? Igualdade. Oportunidades iguais. E o que estamos fazendo aqui? Tentando tirar um pouco desta diferença. No quê? No preparo, os materiais. O tempo disponível para discutir um assunto aqui é maior do que na escola.
poder estudar. Na escola pública tem que ralar
Estamos aqui procurando superar este problema. E, se
muito mais. É uma situação justa ou injusta? Injusta. É como se fosse uma
fazer como nós. Vão ajudar quem estiver na escola
discriminação. E isto tem relação com
algum dia vocês entrarem na universidade pública, vão
pública.
a democracia? Com certeza. Se a democracia funcionasse, não existiria a diferença
Desenho retirado do caderno de Daniele Rocha Viola (18 anos).