Aula 01 - Origem das células

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Como surgiram e como
se organizam as células?
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Aula 1 Organização e Diferenciação Celular 9
Apresentação
Bem vindo à disciplina de Organização e Diferenciação Celular. A partir de agora você compreenderá o surgimento da vida microscópica e tudo o que se refere a sua evolução. Prepare-se para ser surpreendido com o mundo microscópico que existe dentro de 
você. Aqui você entenderá porque as células executam nos seres vivos e no meio ambiente 
funções tão especializadas, e juntas formam seres tão complexos, como plantas e animais. 
Nesta primeira aula, falaremos basicamente da origem das células e dos aspectos 
evolutivos do metabolismo que culminaram com o aparecimento dos diferentes tipos celulares 
encontrados nos dias atuais. Dessa forma, nos preocuparemos em discutir a pergunta central: 
como surgiram as células?
Você vai conhecer as informações presentes em diversas áreas do conhecimento 
(Biologia, Física, Química, Geologia etc.) que norteiam a origem da vida, partindo do surgimento 
da primeira célula até as plantas e animais dos dias de hoje. 
Descreveremos, de forma sucinta, as principais etapas, eventos e/ou propriedades das 
transições nesse longo percurso que deu origem à vida.
Objetivos
Descrever o surgimento da primeira célula (célula ancestral) 
até as nossas células atuais (células animais e vegetais).
Compreender o aparecimento do sistema membranar 
intracelular e o surgimento de organelas citoplasmáticas.
Compreender a teoria endossimbiótica e o aparecimento 
das mitocôndrias e cloroplastos.
Reconhecer os aspectos evolutivos do metabolismo que 
deram origem aos diferentes tipos celulares.
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Condições necessárias
à origem da vida
Certamente, você já aprendeu que a célula é a unidade que constitui todo ser vivo, e já viu 
na disciplina Biodiversidade como elas surgiram e se originaram, mas é necessário retomarmos 
alguns dos pontos já discutidos anteriormente. 
Para falarmos sobre a origem das células, como mostra a Figura 1, necessariamente 
temos que discutir a respeito da origem da vida. Tais discussões e debates do tema em questão 
são sempre polêmicos e complexos. Isso por que o aparecimento da vida na face da terra 
evoca questões científi cas e religiosas que até hoje são difíceis de serem respondidas. De um 
lado os criacionistas insistem que Deus deu origem às diferentes formas de vidas e de outro 
os evolucionistas que afi rmam que as espécies mais complexas surgiram de um ancestral 
comum mais simples. 
Figura 1 – Esquema mostrando primeira célula (célula procarionte) e o surgimento das células eucarióticas ancestrais.
Fonte: <http://www.cientic.com/imagens/img_taxa3.gif>. Acesso em: 22 out. 2009.
Lembrando que não devemos confundir Biogênese (origem da vida) com Evolução 
Biológica (surgimento de novas espécies). Afi nal, a Biogênese é ou não parte da Evolução? 
Por que os evolucionistas insistem tanto em separar esses dois conceitos, por mais que eles 
tenham alguma relação?
Para explicar isso, primeiro devemos insistir que independente da forma como tenha 
ocorrido a origem da vida, a evolução não é drasticamente afetada. Ou seja, quer a vida tenha 
surgido por processos aleatórios e espontâneos ou por intervenção divina (Figura 2), o fato 
é que ela existe, e uma vez que existe, ela evolui! Assim, o fato de não sabermos como a vida 
surgiu não nos impede de estudar como surgem novas espécies, e como elas se modifi cam 
com o passar do tempo (Figura 3). 
Atividade 1
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Figura 2 – Quadro de Michelangelo mostrando a criação do homem a partir de Adão
Fonte: “A Criação de Adão” (pôster de 60x30).
Figura 3 – Quadro mostrando a evolução das espécies a partir do evolucionismo
Fonte: <http://3.bp.blogspot.com/_kfkbws4jfqU/SZRpL0mpQ8I/AAAAAAAABFc/5hkqWKUBv10/s320/Origem+das+esp%C3%A9cies.jpg>. Acesso em: 22 out. 2009.
Você já parou para pensar de fato como surgiram as células e, consequentemente, como 
surgiu a vida no nosso planeta? Pode-se confrontar a opinião religiosa a respeito do tema com 
a opinião dos cientistas? Pense e escreva a sua opinião com relação a polêmica gerada em 
torno do tema.
Atividade 2
Aula 1 Organização e Diferenciação Celular12
Principais elementos que
deram origem às primeiras células
Você lembra como era a constituição da atmosfera primitiva? Quais os elementos 
que deram origem às primeiras moléculas orgânicas? Com certeza você lembra, 
pois esses conhecimentos já foram vistos na disciplina de Biodiversidade.
Elabore um texto explicando a constituição da atmosfera primitiva e a origem das primeiras 
moléculas orgânicas na face da Terra. 
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Composição e condições
da atmosfera primitiva
Mas e então? A atmosfera primitiva era realmente composta por esses gases? 
As condições mesmo que caóticas favoreceram o surgimento das primeiras 
moléculas? Tudo isso é realmente como prediz a hipótese de Oparin? 
Acredita-se que sim, pois em 1953, Stanley Miller (Figura 4), na Universidade de 
Chicago, realizou uma experiência (veja a história em quadrinho na Figura 5) em laboratório 
cujos resultados comprovaram as hipóteses de Oparin. Tais fatos reforçam que a atmosfera 
primitiva era composta de metano, gás carbônico, amônia, vapor d’água e que o caos do 
ambiente (aquecimento, descargas elétricas, raios UV etc) contribuíram para gerar os primeiros 
compostos que dariam origem à vida!
Figura 4 – Stanley Miller ao lado do equipamento utilizado em suas pesquisas
Fonte: http://universe-review.ca/I11-40-SMiller.jpg. 
Reforçando seu aprendizado e para ilustrar melhor esses primeiros eventos que ocorreram 
no nosso planeta, veja a história em quadrinho abaixo! 
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Figura 5 – Quadrinhos representando o experimento de Stanley Miller
Fonte: www.humornaciencia.com.br (23/09/2009)
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Você a essas alturas já deve estar se perguntando, 
então e aí? Qual a relação dessas macromoléculas 
com a primeira célula?
Voltando a nossa série de eventos aleatórios, de acordo com a hipótese do cientista russo 
Aleksander Oparin (1894-1980 dC), como esses mares primitivos eram cheios de moléculas 
orgânicas e inorgânicas, tais moléculas se agrupavam naturalmente formando um número 
cada vez maior de itens e compostos. E ali, naquela ambiente, há cerca de 3,8 bilhões de anos, 
apareceram os primeiros sinais do início de vida: A CÉLULA
Acredita-se, como mostrado na Figura 6, que em um dado momento moléculas de lipídios 
existentes no caldo primordial englobaram moléculas de ácidos nucleicos e assim surgiram 
as primeiras células. 
Figura 6 – Ilustração da primeira célula ancestral 
Fonte: Cooper (2001).
E para você, essas primeiras células eram procarióticas ou eucarióticas?
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Quais os primeiros tipos celulares 
surgidos no nosso planeta?
A partir desse momento, você vai entrar em contato com o mundo das elucubrações! O que é isso? São hipóteses, fatos a respeito da história das células que até o presente não foram comprovados cientifi camente. São afi rmações sem provas! Contudo, as 
explicações que tentaremos discutir aqui possuem uma lógica! É a lógica do metabolismo. 
Daqui a diante, falaremos da evolução das células com base no metabolismo!
Assim sendo, provavelmente as primeiras células (Figura 7) eram muito simples, sem 
núcleo, nem organelas membranosas: células procarióticas (grego: pro = anterior, antes + 
karyon = núcleo).
Figura 7 – Ilustração de uma célula procariótica
Fonte: Junqueira e Carneiro (2000).
Se discutirmos a evolução a partir de uma lógica e baseada no metabolismo, então, 
podemos perguntar: essas células procarióticas sintetizavam (autotrófi cas) ou não ou seu 
próprio alimento (heterotrófi cas)? Pensou? Eram autotrófi cas ou heterotrófi cas? Chegou a 
uma resposta?
Pela “lógica da vida” e do principio da economia máxima,ou seja, do não desperdício de 
energia que a natureza trabalha, por que fabricar seu próprio alimento se elas já dispunham ali 
no próprio caldo? É lógico então pensar que as células não precisavam produzir seu próprio 
alimento, por que já retiravam seu sustento do próprio ambiente? Você concorda então que 
certamente essas células eram procarióticas e heterotrófi cas, visto que se originaram no 
caldo primordial e esse caldo era rico em substâncias que as alimentavam. E ainda, pela lógica, 
como essas células eram as pioneiras, não dispunham ainda de um equipamento sofi sticado 
capaz de realizar a fotossíntese.
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Ainda se tratando do primeiro tipo celular que provavelmente surgiu no nosso planeta, 
coloca-se uma outra pergunta: Essas células procarióticas autotrófi cas eram anaeróbicas 
(metabolismo na ausência de oxigênio) ou aeróbicas (metabolismo na presença de oxigênio)? 
Respondeu? E aí? Utilizavam ou não utilizavam oxigênio? 
A resposta foi não? Acertou! Parabéns! Ora, se na atmosfera primitiva ainda não existia 
o gás oxigênio, como é que essas células poderiam então ser aeróbicas? 
Portanto, para concluirmos, as primeiras células que apareceram provavelmente há cerca 
de 3,5 bilhões de anos foram: as células procarióticas heterotrófi cas e anaeróbicas.
Certamente, você já deve está se perguntando: e as células autotrófi cas, aquelas que têm 
a capacidade de fabricar seu próprio alimento? Em que momento surgiram?
Prosseguindo nossa história sobre a origem dos diferentes tipos celulares, acreditamos 
que tudo isso começou naquelas massas líquidas, chamadas de caldo primordial pela existência 
de diferentes tipos de moléculas nele presente. À medida que as células heterotrófi cas 
anaeróbicas começaram a se multiplicar, o seu alimento, as fontes de moléculas orgânicas e 
inorgânicas, necessárias à obtenção de matéria e energia para sua sobrevivência começaram 
também a se esgotar. Então, a luta pelo alimento passou a ser uma constante. Elas se 
viram, pois, diante de um grande problema. A nutrição passou a ser um fator limitante para 
sua sobrevivência. 
Figura 8 – Animais em competição pelo alimento
Fonte: <www.iplay.com.br/Imagens/Fotos/005603.jpg>. Acesso em: 22 out. 2009.
A partir desse momento, tais células tiveram que desenvolver mecanismos próprios de 
geração de energia e de síntese de moléculas para garantir sua sobrevivência. Foi nesse momento 
que surgiram as células autotrófi cas, que tinham a capacidade de produzir seu próprio alimento. 
Tais células foram chamadas de procarióticas fotossintetizantes, pois tinham a capacidade de 
realizar a fotossíntese, liberando o oxigênio (O
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) para a atmosfera terrestre. 
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O aparecimento dessas “novas células produtoras de oxigênio” contribuiu enormemente 
para a mudança das condições do planeta, pois o oxigênio trouxe uma série de modifi cações 
na composição da atmosfera e passou daí em diante a ser o principal gás. 
Na costa oeste da Austrália, existem colônias de bactérias que formam, como 
podemos ver na Figura 10, “estromatólitos” (pequenos pilares de calcário), que 
evidenciam o surgimento dessas primeiras células produtoras de oxigênio “Uma 
das evidências de que as células autotrófi cas passaram a produzir oxigênio, o que 
causou uma grande extinção de outras células que não suportavam esse gás.”
Figura 9 – Estromatolitos na Austrália (rochas cobertas de algas) são as formas de vida mais antiga 
que se tem conhecimento. 
Fonte: <img.blogs.abril.com.br/.../sharkbay-boa.jpg> Acesso em: 19 set. 2009.
A origem das células
procarióticas com respiração aeróbia
Mudanças nas condições ambientais, atmosfera com oxigênio, adaptação, 
evolução, novos tipos celulares. A condição de aerobiose permitiu o aparecimento 
de células procarióticas mais evoluídas com respiração aeróbia. 
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As células autotrófi cas anaeróbicas levaram ao surgimento das aeróbicas. Tudo isso 
aconteceu há cerca de 3,5 bilhões a 2 bilhões de anos. A partir dessa época, surgiram as células 
eucarióticas. No início, como mostrado na Figura 10, essas células tinham a estrutura de 
uma célula procariótica cuja membrana começou a formar evaginações e invaginações, de tal 
forma que sua superfície tornou-se bastante ampliada. Essas transformações da membrana 
foram originando organelas, como o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi e a própria 
carioteca, membrana que protege o material genético, criando assim o núcleo.
Acredita-se que os cloroplastos e as mitocôndrias são as únicas organelas que não 
tiveram essa origem. As mitocôndrias teriam se formado a partir de bactérias aeróbias que 
foram englobadas por seres eucariontes anaeróbios. E os cloroplastos teriam se formado 
a partir de bactérias fotossintetizantes. Mais a frente, veremos a teoria endossimbiótica, 
segundo a qual um dia cloroplastos e mitocôndrias foram células procariontes
Figura 10 – Origem das células eucarióticas 
Fonte: Junqueira e Carneiro (2000).
Quais as principais características das células 
eucarióticas? Qual foi o grande ganho ao terem 
deixado de ser procarióticas?
As células eucarióticas, mais complexas estruturalmente que as primeiras células 
procarióticas, tinham núcleo individualizado pela membrana nuclear e possuíam também 
diversas organelas (retículo endoplasmático liso e rugoso, ribossomos etc.), que até então 
eram ausentes nas suas precursoras. Acredita-se que uma das principais razões para o 
aparecimento da membrana nuclear foi para proteger o material genético da presença do 
oxigênio, tendo em vista que algumas células passaram a realizar seu metabolismo em presença 
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de O2 (anaeróbicas). As células eucarióticas só vieram a aparecer bem mais tarde, há cerca 
de 3 bilhões de anos. A maioria dos animais e plantas a que estamos habituados são dotados 
desse tipo de células. É altamente provável que tais células tenham surgido por um processo 
de aperfeiçoamento contínuo das células procariontes, o que chamamos de endossimbiose.
Figura 11 – Célula eucariótica com os compartimentos intracelulares (organelas)
Fonte: <http://www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/celula/imagens/organizacao-celular.jpg>. Acesso em: 22 out. 2009.
Teoria endossimbiótica –
A teoria de maior aceitação, 
proposta por Lynn Margulis (1981)
A famosa Teoria Endossimbiótica propõe que organelas ou organóides, que compõem as células eucariontes, tenham surgido como consequência de uma associação simbiótica estável entre organismos. Em outras palavras, essa teoria postula que os cloroplastos 
e as mitocôndrias (organelos celulares) dos organismos eucariontes originaram-se de celulas 
procarióticas. Provavelmente, células eucarióticas simples e anaeróbicas teriam englobado 
procarióticas aeróbicas e assim teriam surgido as mitocondrias, como visto na Figura 12. A 
partir daí, passaram a viver nu ma relação mutualística: o eucarionte dava proteção à bactéria 
aeróbia (agora mitocôndria) e dela aproveitava a capacidade respiratória que lhe fornecia a 
energia necessária à sua sobrevivência.
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Simultanemente, essas células podem ter fagocitose, bactérias fotossintetizantes e podem 
ter dado origem aos cloroplastos. Tal relação seria benéfi ca para ambos, pois de um lado os 
procariontes obteriam proteção e alimento fornecendo ao hospedeiro a energia e autonomia 
pela fotossíntese .
Figura 12 – Esquema da teoria endossimbiótica
Fontes: Cooper (2001).
Algumas evidências que reforçam a origem 
endossimbiótica das mitocôndrias e cloroplastos
1) Mitocôndrias e cloroplastos possuem DNA diferente do que existe no núcleo celular e em 
quantidades semelhantes ao das bactérias.
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2) As duas organelas são formadas por duas ou mais membranas e a mais interna tem 
diferenças na composição em relação às outras membranasda célula eucariótica e 
semelhanças com a das procarióticas. 
3) Ambas se formam por fi ssão binária, como é comum nas bactérias. 
4) Tanto as mitocôndrias como os cloroplastos possuem genomas muito pequenos, em 
comparação com outros organismos, o que pode signifi car um aumento da dependência 
desses organelas depois da simbiose se tornar obrigatória. 
Figura 13 – Esquema da origem dos diferentes tipos celulares até as nossas células atuais
Fonte: <www.curlygirl.no.sapo.pt/imagens/endosimb.jpg>.
Acesso em: 22 out. 2009
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Então, será que foi assim mesmo
que surgiram nossas células atuais e 
consequentemente os seres vivos?
Acredita-se que provavelmente tenha sido assim. Então, para recapitular, temos os 
diferentes passos ou eventos que culminaram com os tipos celulares atuais baseados na 
evolução do metabolismo.
Resumo da origem dos tipos celulares
baseados na evolução do metabolismo
1) As primeiras células que surgiram foram: células procarióticas heterotrófi cas 
anaeróbias.
  Quanto à nutrição: passou a ser um fator limitante.
2) As células procarióticas autotrófi cas anaeróbicas apareceram.
  Essas células mudaram a composição da atmosfera, levando ao aparecimento 
do oxigênio.
3) Consequentemente, células procarióticas aeróbicas surgiram.
  Esse aparecimento se deu devido ao oxigênio dentro das células causar 
danos ao material genético.
4) As células eucariontes anaeróbicas surgiram por invaginações da membrana 
de células procariontes.
  Tais células fagocitaram células procarióticas aeróbicas.
5) Dando origem às mitocôndrias, que permaneceram dentro das células 
eucarióticas heterotrófi cas aeróbicas.
  Essas por sua vez fagocitaram células procarióticas fotossintetizantes. 
6) E deram origem aos cloroplastos, inclusos no interior das células eucarióticas 
autotrófi cas aeróbicas.
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E o fi nal da história? 
E os seres vivos? E a vida?
Até então, todos os seres eram criaturas minúsculas envoltas por uma membrana bastante frágil, os chamados seres unicelulares, constituídos de apenas um tipo de célula (Figura 15). À medida que esses seres foram se diversifi cando e proliferando, o passo 
seguinte nessa longa história foi o surgimento dos seres multicelulares (seres compostos 
por muitas células). Acredita-se que alguns seres eucariotos unicelulares tenham formado 
conjuntos multicelulares, representando assim uma transição evolucionária entre as células 
individuais de vida livre e os organismos multicelulares. Nesse sentido, supostamente colônias 
de protozoários deram origem aos animais e as colônias de algas unicelulares deram origem 
às plantas. Ambos com suas células organizadas e unidas formando os tecidos (Figura 15).
Figura 14 – Formação do ser vivo a partir da célula 
Fonte: http://professores.unisanta.br/maramagenta/Imagens/ANATOMIA/C%C3%89LULA%20VEGETALespanhol.bmp
http://aggie-horticulture.tamu.edu/extension/Texascrops/root_tuber/radish.jpg->. Acesso em: 13 nov. 2009.
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Leituras complementares
TheSerial Endosymbiosis Theory of Eukaryotic Evolution 
Através da leitura desse texto, você reforçará seus conhecimentos da teoria 
endossimbiótica. Tal teoria prediz que um dia mitocôndria e cloroplastos foram células 
procarióticas. 
MARGULIS, Lynn. Serial endosymbiotic theory (SET) and composite individuality: transition 
from bacterial to eukaryotic genomes. Microbiology today, v. 31, p. 172-174, nov. 2004. 
Disponível em: <http://www.socgenmicrobiol.org.uk/pubs/micro_today/pdf/110406.pdf>. Acesso 
em: 22 out. 2009.
A leitura deste texto reforçará a teoria endossimbiotica que já foi explicado na aula.
Sugestões de vídeos
A seguir, temos uma sugestão de vídeos dos temas Desing Inteligente x Evolucionismo 
(debate entre teoria evolucionista e criacionista) e Criacionismo x Evolucionismo. Solicitamos 
que os assistam na sequência indicada. 
Os vídeos sugeridos tratam de debates, discussões a respeito da origem da vida a partir 
dos dois pontos de vista: religião e ciência. De um lado, a religião defende que Deus deu origem 
ao homem, do outro a ciência dizendo que o homem surgiu de um ancestral comum.
Desing Inteligente x evolucionismo
(debate entre teoria evolucionista e criacionista) 
  Parte I: <http://www.youtube.com/watch?v=cEOYTJczY4M>
  Parte II: <http://www.youtube.com/watch?v=z9AxTpMrGWg&feature=related>
  Parte III: <http://www.youtube.com/watch?v=gm05VFIzcc0&feature=related>
  Parte IV: <http://www.youtube.com/watch?v=tubUiXu2mVQ&feature=related>
  Parte V: <http://www.youtube.com/watch?v=UzgX0H_x9l0&feature=related>
  Parte VI: <http://www.youtube.com/watch?v=SpFSCJPIqXM&feature=related>
  Parte VII: <http://www.youtube.com/watch?v=mp7I_IqIPhc&feature=related>
Aula 1 Organização e Diferenciação Celular26
  Parte VIII: <http://www.youtube.com/watch?v=cSA17otGUnw&feature=related>
  Parte IX: <http://www.youtube.com/watch?v=TtbllAPS7YQ&feature=related>
  Parte X: <http://www.youtube.com/watch?v=L-KOgL_cA2o&feature=related>
  Parte XI: <http://www.youtube.com/watch?v=elLp__0A-BY&feature=related>
  Parte XII: <http://www.youtube.com/watch?v=LJYAR4jGQB0&feature=related>
Criacionismo x evolucionismo
  Parte I: <http://www.youtube.com/watch?v=Gs-RSrjtSAc>
  Parte II: <http://www.youtube.com/watch?v=i4S_nESXZBU&feature=related>
  Parte III: <http://www.youtube.com/watch?v=Y2JdRwOUJLY&feature=related>
  Parte I: <http://www.youtube.com/watch?v=l0dw1WelcHg&feature=related>
  Parte II: <http://www.youtube.com/watch?v=xdQ2Um_AnZU&feature=related>
  BigBang: <http://www.youtube.com/watch?v=3wzNhtsvvAU&feature=related>
Resumo
Nesta aula, refletimos sobre as teorias do criacionismo e evolucionismo. 
Estudamos e revisamos os conhecimentos adquiridos sobre a origem das células. 
Compreendemos a teoria da evolução do metabolismo que contribuiu para o 
surgimento dos diferentes tipos celulares e consequentemente o sucesso da 
formação dos seres superiores
Autoavaliação
Elabore um texto explicando desde a origem dos primeiros compostos de carbono 
seguido do aparecimento das primeiras células até as células atuais. Veja a seguir 
algumas palavras-chave que podem auxiliar a completar o texto:
Vapor, água, metano, H
2
, H
2
S, nitrogênio, CO
2
, compostos ricos em carbono, 
fosfolipídios, moléculas de RNA, células procariontes, células eucariontes, heterotrófi cas, 
autotrófi cas, aeróbicas, anaeróbicas, oxigênio livre, mitocôndrias, cloroplastos, procariontes 
aeróbicos, bactérias fotossintetizantes.
Anotações
Aula 1 Organização e Diferenciação Celular 27
Referências
ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 3. ed. Porto alegre: Artmed, 1997.
______. Fundamentos da biologia celular: uma introdução à biologia molecular da célula. 
Porto alegre: Artmed, 1999.
COOPER, Geoffrey M. A célula: uma abordagem molecular. 2. ed. Porto alegre: Artmed, 2001.
DARNEL, James E.; LODISH & BALTIMORE. Molecular cell biology. 2. ed. New York: W. H. 
Freeman Company, 1990.
JUNQUEIRA, L. O. U.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 7. ed. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan, 2000.
ROBERTIS, E. D. P.; ROBERTES JÚNIOR, E. M. F. Bases da biologia celular e molecular. 3. 
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.