Biologia molecular e celular 2

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BIOLOGIA CELULAR E 
MOLECULAR 
AULA 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof.ª Elaine Ferreira Machado 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Nesta aula de Biologia Molecular e Celular do Curso de Ciências 
Biológicas, da licenciatura e bacharelado, trabalharemos com os envoltórios 
celulares: a membrana plasmática (envoltório presente em todas as células) e a 
parede celular (presente em bactérias, fungos e plantas). Esses envoltórios, 
além de proteger as células contribuem para o mecanismo seletivo de 
substâncias e sinalização celular em processos de reconhecimento entre 
células. Por isso, serão objetivos da aula: 
Geral: compreender a composição e a função dos envoltórios celulares e 
suas relações com a homeostase do organismo; 
Específicos: compreender a importância da membrana celular para os 
organismos procariontes e eucariontes; identificar os principais transportes de 
membrana e o gasto energético da célula; identificar a estrutura da parede 
celular em diferentes grupos de seres vivos e sua importância na manutenção 
da célula; compreender o processo de sinalização e comunicação celular 
realizado pelos receptores de membrana e a importância para a homeostase da 
célula. 
TEMA 1 – A MEMBRANA PLASMÁTICA 
 A membrana plasmática é a fronteira biológica que delimita a 
estrutura da célula, separando o conteúdo celular do meio externo. Constitui uma 
barreira seletiva responsável pela troca de substâncias com o meio externo. 
Segundo Junqueira e Carneiro (2005, p. 76), “todas as membranas 
celulares são constituídas por uma bicamada fluida de fosfolipídios em que estão 
inseridas moléculas de proteínas”. 
Assim, a membrana plasmática é uma película delgada, visível apenas ao 
microscópio eletrônico. Composta por lipídios e proteínas (bicamada lipídica com 
inserção de proteínas, a membrana plasmática delimita o espaço intracelular, 
separando-o do espaço extracelular). Além disso, as organelas membranosas 
também apresentam composição de membranas semelhante a membrana 
plasmática. 
Os modelos propostos de membrana plasmática evoluíram ao longo dos 
tempos tal como a tecnologia dos microscópios, em especial o microscópio 
eletrônico, fato que permitiu um estudo mais detalhado desse componente 
 
 
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celular relacionando sua estrutura a função da permeabilidade seletiva. Assim a 
membrana tem ação eficaz na seleção de substâncias que entram e saem da 
célula bem como faz transportes de acordo com a necessidade celular. Além 
disso, glicoproteínas e outras moléculas da membrana permitem o 
reconhecimento entre células do mesmo tecido. 
Assim a membrana tem ação eficaz na seleção de substâncias que 
entram e saem da célula bem como faz transportes (mediado e não mediado por 
proteínas de membrana) de acordo com a necessidade celular. Além disso, 
glicoproteínas e outras moléculas da membrana permitem o reconhecimento 
entre células do mesmo tecido. 
1.1 História dos estudos da membrana plasmática 
Desde o século XIX, vários pesquisadores vêm propondo diferentes 
explicações para a estrutura a membrana plasmática, propondo para isso, 
modelos da sua composição associada a funcionalidade dessa estrutura tão 
importante para a célula. Segundo Reis (2014, p. 1): 
Os primeiros dados que sugeriram a composição da Membrana 
Plasmática, foram obtidos por Overton em 1895 e eram de natureza 
funcional. Este cientista estudou as taxas de penetração de mais de 
500 compostos químicos em células animais e vegetais, chegando às 
seguintes conclusões: a) apresentavam diferentes permeabilidades. b) 
Compostos solúveis em lipídios apresentam taxas de difusão 
superiores. c) as estruturas membranares eram destruídas quando 
sobre elas se fazia atuar solventes lipídicos. 
Com as constatações de Overton outros estudos foram sendo 
direcionados para elucidar a estrutura da membrana plasmática. Desta forma, o 
primeiro modelo da chamada bicamada fosfolipídica foi proposta em 1925. 
Segundo a proposição desse modelo, a membrana seria formada por duas 
camadas de fosfolipídios cujas extremidades apolares hidrofóbicas estariam 
voltadas para o interior da membrana e as extremidades polares, hidrófilas 
estariam voltadas para o exterior. Essa proposta for feita por Gorter e Grendel. 
Em 1935, Davson e Danielli, estudando a permeabilidade da membrana 
propuseram um modelo em que a membrana seria composta pela bicamada de 
fosfolipídios revestida por proteínas. Essas proteínas não seriam uniformes, 
apresentariam poros responsáveis pelo intercâmbio de substâncias. 
Com o método de centrifugação das estruturas da membrana, verificou-
se que a quantidade de proteínas obtidas pelo método não era suficiente para 
 
 
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cobrir toda a superfície da membrana como propunham Davson e Danielli. Novos 
estudos fizeram com que Singer e Nicholson, em 1972, propusessem o famoso 
modelo do mosaico fluido. 
Este modelo admite uma estrutura da membrana não é rígida, permitindo 
uma fluidez das suas moléculas. Os fosfolipídios não estão estáticos e as 
proteínas integrais e periféricas contribuem igualmente com a permeabilidade 
seletiva da membrana. 
1.2 Composição e estrutura 
De acordo com os modelos propostos acima, o modelo mais aceito hoje 
é o modelo estrutural proposto em 1972 por Singer e Nicholson. Segundo esse 
modelo a membrana é formada pelos lipídios e proteínas. A Figura 1 ilustra a 
composição da membrana plasmática: 
A Figura 1 – Composição da membrana plasmática. 
 
Crédito: Sciencepics/Shutterstock 
Observando a Figura 1, verifica-se a bicamada de lipídios e as proteínas 
inseridas nesse espaço. Quanto aos lipídios, as membranas celulares são 
formadas por fosfolipídios, glicolipídios e colesterol. O colesterol aparece nas 
células animais, já que as células vegetais apresentam esteróis, os fitoesterois, 
na composição da membrana celular. 
As proteínas que constituem as membranas são fundamentais para o 
metabolismo celular. As proteínas específicas da membrana de cada grupo 
celular constituem um fator para a especificidade da célula em suas funções, ou 
seja, cada célula tem suas proteínas características (Junqueira; Carneiro, 2005). 
Dessa forma, as proteínas podem ser integrais ou intrínsecas ou 
periféricas ou extrínsecas. As primeiras associam-se firmemente aos lipídios. 
 
 
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Mais da metade das proteínas da membrana são integrais, atuando na 
recepção de hormônios, na tipagem sanguínea (M-N), como enzimas, etc. 
Proteínas integrais ou intrínsecas são fortemente ligadas às membranas 
por meio de interações hidrofóbicas. Elas ligam-se fortemente aos lipídeos e 
tendem a agregar-se e a precipitar em solução aquosa. 
Algumas atravessam inteiramente a membrana plasmática e são 
denominadas proteínas transmembranas. A glicoforina A de eritrócitos humanos 
é uma proteína transmembrana – ela atravessa completamente a membrana. 
Já as proteínas periféricas ou extrínsecas ao contrário das proteínas 
integrais, ou aquelas ligadas a lipídeos, podem ser dissociadas das membranas. 
Elas não se ligam a lipídeos – associam-se às membranas ligando-se à 
superfície delas por meio de interações eletrostáticas e ligações de hidrogênio. 
Um exemplo é o citocromo C, proteína periférica associada à superfície externa 
da membrana mitocondrial interna. 
Além dos lipídios e das proteínas citadas existem as glicoproteínas e o 
glicolipídios. Elas formam uma camada contínua e de espessura variável em 
volta das células, constituindo o glicocálix ou glicocálice, cujas propriedades e 
funções serão descritas no item 4. 
1.3 Funções da membrana plasmática 
Devido a sua constituição química e suas propriedades todas as 
membranas citoplasmáticas compartilham entre si, propriedades fundamentais, 
mas de acordo com o tipo de célula, possuirá atividades biológicas. Entre as 
funções da membrana plasmática ou celular, podemos destacar: 
  Regulação da composição dos fluidos intracelular e extracelular; Regulação do volume celular; 
 Regulação do metabolismo intracelular determinando a concentração de 
cofatores enzimáticos e de substratos; 
  Regulação da atividade metabólica processada por enzimas presentes 
na membrana; 
 Decodificação de sinais químicos e físicos por meio de moléculas; 
  Geração e propagação de sinais elétricos; 
 Endocitose e exocitose. 
 
 
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Por isso, conhecer as membranas celulares contribui para compreensão 
dos mecanismos celulares de regulação osmótica bem como dos mecanismos 
de transporte das células, devido suas características de fluidez, flexibilidade e 
permeabilidade seletiva. 
Além disso, a membrana plasmática apresenta especializações 
responsáveis por diversas funções fisiológicas e estruturais, tais como os 
microvilos e estereocílios. Também apresentam estruturas específicas de 
sinalização e reconhecimento celular, como veremos na sequência. 
TEMA 2 – TRANSPORTE POR MEMBRANAS CELULARES 
Os transportes por membrana compreendem mecanismos mediados ou 
não mediados por receptores de membrana, além de transportes de substancias 
em quantidades, que não atravessam livremente a membrana celular. 
2.1 Transporte não mediado 
Entende-se por transporte não mediado o transporte pela membrana 
plasmática que ocorre sem gasto energético da célula, não necessita de 
moléculas transportadoras e, ainda, caracteriza-se basicamente como uma 
difusão pela bicamada lipídica. 
Desta forma, são exemplos de transporte por membrana celular não 
mediado: a difusão simples e a osmose. 
 A difusão simples caracteriza-se como um processo que ocorre da região 
em que as partículas estão mais concentradas para regiões em que sua 
concentração é menor, até que se atinja um equilíbrio nas concentrações. 
Assim, a difusão ocorre a favor de um gradiente de concentração. Com isso, não 
há gasto de energia e nem a necessidade de um carreador para as substâncias, 
caracterizando-se como um transporte não mediado e também passivo (não há 
gasto de energia). Para que ocorra a difusão a membrana celular deve ser 
permeável a substância que será transportada e deve haver diferenças de 
concentração dessa substância entre a célula e o ambiente externo. A Figura 2 
ilustra um processo de difusão: 
 
 
 
 
 
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Figura 2 – Ilustração do processo de difusão. 
 
Crédito: Gritsalak Karalak/Shutterstock 
A osmose caracteriza-se como um transporte que ocorre sempre do local 
de menor concentração de soluto para o de maior concentração. A pressão com 
a qual a água passa pela membrana é denominada de pressão osmótica. 
A osmose não é influenciada pela natureza do soluto, mas pelo número 
de partículas. Quando duas soluções contêm a mesma quantidade de partículas 
por unidade de volume, mesmo que não sejam do mesmo tipo, exercem a 
mesma pressão osmótica e são isotônicas. Caso sejam separadas por uma 
membrana, haverá fluxo de água nos dois sentidos de modo proporcional. 
Quando se comparam soluções de concentrações diferentes, a que 
possui mais soluto e, portanto, maior pressão osmótica é chamada hipertônica, 
e a de menor concentração de soluto e menor pressão osmótica é hipotônica. 
Separadas por uma membrana, há maior fluxo de água da solução hipotônica 
para a hipertônica, até que as duas soluções se tornem isotônicas. A Figura 3 
ilustra o processo de osmose: 
 
 
 
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Figura 3 – Esquema do processo de osmose. 
 
Crédito: Designua/Shutterstock 
As células animais e vegetais comportam-se de formas diferentes no 
processo de osmose. As células animais, em solução hipotônica sofrem lise da 
membrana celular; em soluções hipertônicas apresentam diminuição do volume 
celular e, quando hidratadas, voltam ao aspecto normal. As células vegetais, em 
solução hipertônica ficam plasmolisadas e, colocadas em solução hipotônica, 
sofrem deplasmólise. As Figuras 4 e 5 representam a osmose em diferentes 
células: 
Figura 4 – Osmose em célula animal. 
 
Crédito: Achiichiii/Shutterstock 
 
 
 
 
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Figura 5 – Osmose em célula vegetal. 
 
Crédito: Aldona Griskeviciene/Shuetterstock 
 
Dessa forma, muitos processos biológicos, como por exemplo, a absorção 
de água pelas raízes das plantas, são movidos pelo mecanismo da osmose. 
2.2 Transporte mediado 
Entende-se por transporte mediado o transporte realizado pela membrana 
plasmática que ocorre contra um gradiente de concentração, é unidirecional e 
implica ou não em gasto de energia, dependendo da substância a ser 
transportada. Nele ocorre intervenção de proteínas específicas da membrana. 
O transporte mediado é um transporte que ocorre pela existência de 
proteínas carregadoras que executam a passagem do soluto de um lado da 
membrana para o outro. 
São exemplos de transporte mediado a difusão facilitada e o transporte 
ativo. 
A difusão facilitada é um processo responsável pelo transporte de 
açúcares simples, aminoácidos e algumas vitaminas. Neste caso, há 
participação de proteínas transportadoras específicas, as denominadas 
permeases, que existem na membrana plasmática e promovem a passagem 
dessas substâncias. Desta forma, na difusão facilitada ocorre a participação de 
uma molécula transportadora; não há consumo de energia (ATP) por parte da 
célula; a substância move-se de acordo com o gradiente de concentração, do 
local onde existe em maior concentração para o local onde existe em menor 
concentração. 
A Figura 6 representa o processo de difusão facilitada em células: 
 
 
 
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Figura 6 – Esquema da difusão facilitada. 
 
Crédito: Designua/Shutterstock 
 
O transporte ativo ocorre em situações em as substâncias migram do local 
onde existem em menor concentração para o local onde existem em maior 
concentração, isto é, contra um gradiente de concentração. 
Este tipo de transporte designa-se por transporte ativo e para que ocorra 
é necessário que haja gasto de energia (ATP), para causar a alteração 
conformacional das proteínas transportadoras. Deste modo, o transporte ativo é 
um tipo de transporte mediado, que se realiza com dispêndio de energia para a 
célula e contra o gradiente de concentração. A Figura 7 ilustra o transporte ativo 
representado pelo transporte de sódio e potássio: 
Figura 7– Esquema do transporte ativo. 
 
Crédito: Designua/Shutterstock 
 
 
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2.3 Transporte em quantidade 
Quando a células transferem grande quantidade de substâncias para 
dentro ou para fora do meio intracelular, esse tipo de transporte é sempre 
acompanhado de alterações morfológicas da célula e suas membranas. 
Segundo Junqueira e Carneiro (2005, p. 86), “as células também são 
capazes de transferir para o seu interior, em bloco, grupos de macromoléculas 
[...]e, até mesmo, partículas visíveis ao microscópio óptico, como bactérias e 
micro-organismos”. As endocitoses e exocitoses representam transporte de 
substâncias em quantidade. 
A endocitose ocorre quando o transporte em quantidade é para o interior 
da célula. As endocitoses podem ocorrer por fagocitose (quando a célula engloba 
partículas sólidas) ou pinocitose (quando a célula engloba partículas líquidas). 
Já as exocitoses ocorrem quando o transporte de substâncias, em quantidade, 
é direcionado para o exterior da célula, como por exemplo, a liberação de 
neurotransmissores ou a exportação de anticorpos. A Figura 8 representa a 
fagocitose em células: 
Figura 8 – Fagocitose (transporte de um microorganismo). 
 
Crédito: Nuepe/Ufpr. 
 
 
 
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TEMA 3– PAREDE CELULAR 
A parede celular é uma estrutura exterior a membrana plasmática cuja 
função está na proteção das células bacterianas, vegetais e de alguns fungos. É 
bastante comum associar a parede celular apenas aos vegetais, mas ela 
aparece também em outros grupos de seres vivos e tem função bastante 
importante. Constitui uma parede celular de matriz extracelular rígida, seja nos 
vegetais, seja nas bactérias ou fungos. 
3.2 Composição da parede celularA parede celular tem diferentes composições em diferentes grupos de 
seres vivos uma vez que ela aparece em bactérias, fungos e principalmente em 
plantas. 
Nas bactérias, a parede celular é composta por uma macromolécula 
chamada peptideoglicano, também designada por mureína. Existem diferenças 
na parede celular das bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. As primeiras 
apresentam apenas peptideoglicanos na sua composição ao passo que as 
segundas apresentam além dos peptideoglicanos apresentam lipoproteínas e 
lipopolissacarídeos. Essa composição diferenciada permite a coloração de 
Gram, determinando se a bactéria é Gram-positiva ou Gram-negativa. 
Nos fungos, “a composição química da parede celular é bastante 
complexa, constituída principalmente por polissacarídeos, ligados ou não a 
proteínas ou lipídios, polifosfatos e íons inorgânicos formando a matriz de 
cimentação. Quitina, glucanas, galactomananas e proteínas são compostos mais 
frequentes, embora sua quantidade varie entre as diferentes espécies de fungos” 
(Fukuda et al., 2009). 
Nos vegetais, a parede celular é constituída de polissacarídeos estruturais 
como a celulose, a hemicelulose e as pectinas. Podem apresentar também 
proteínas e minerais, lignina, e, em órgãos vegetais aéreos lipídios como ceras, 
cutina e suberina (Junqueira; Carneiro, 2005). 
3.3 Funções da parede celular 
A parede celular apresenta diversas funções, entre elas, podemos 
destacar: 
 
 
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 Proporcionar sustentação, resistência e proteção contra patógenos 
externos e, por isso, colabora com a absorção, transporte e secreção de 
substâncias; 
 Permite a troca de substâncias entre outras células vizinhas; 
 Protege contra a entrada excessiva de água, evitando assim, a lise 
osmótica, ou seja, a ruptura da célula; 
 Confere forma as diversas células vegetais. 
A Figura 9 ilustra a composição e estrutura da parede celular vegetal: 
Figura 9 – Estrutura e composição da parede celular vegetal. 
 
Crédito: Vectormine/Shutterstock 
TEMA 4 – PROCESSOS DE SINALIZAÇÃO E RECONHECIMENTO CELULAR 
A célula utiliza de diversos mecanismos de reconhecimento celular e 
sinalização para manter o equilíbrio do organismo. O reconhecimento celular 
geralmente se dá pelo glicocálix ou glicocálice. 
Diversas funções têm sido sugeridas para o glicocálix. Além de ser 
uma proteção contra agressões físicas e químicas do ambiente externo, ele 
funciona também na retenção de nutrientes e enzimas, mantendo um 
microambiente adequado ao redor de cada célula. Tem a capacidade de permitir 
o reconhecimento celular, uma vez que células diferentes têm glicocálix formado 
por glicídios diferentes e, células iguais têm glicocálix formado por glicídios 
iguais. 
 
 
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Desta forma, o glicocálice, cuja composição não é estática e varia de um 
grupo celular para outro, contribui para o reconhecimento celular, sinalizando 
quimicamente para as células com mesma composição. 
Em experimentos de laboratório, células cultivadas em tubo de ensaio e 
de diferentes tecidos, separadas e misturadas, após algum tempo aderem-se 
umas às outras devido a capacidade de reconhecimento celular. Segundo 
Junqueira e Carneiro (2005) células hepáticas e renais dissociadas e colocadas 
em meio líquido, após certo tempo formam dois conglomerados celulares que, 
visualizados a microscopia, aderiram-se mutuamente e formaram um esboço de 
tecido. 
Além disso, outro papel da membrana é a inibição por contato. O glicocálix 
é responsável pela emissão de sinais químicos que interrompem a mitose por 
meio de contatos físicos entre células de um mesmo tecido. Quando essa 
propriedade é perdida ou modificada, ocorre o crescimento desordenado de 
células, formando, assim, os tumores. 
O complexo principal de histocompatibilidade (MHC – major 
histocompatibility complex) caracteriza-se como um sistema de proteínas de 
membrana responsáveis pelo reconhecimento celular. São glicoproteínas 
sintetizadas de acordo com a genética do indivíduo e, por isso, diferem em 
alguns aminoácidos de pessoa para pessoa. Apenas gêmeos idênticos 
apresentam o mesmo MHC. 
Nesse sentido, transplantes de órgãos precisam evitar respostas 
imunitárias e, por isso, o MHC do receptor e doador precisam ser o mais 
semelhante possível. 
TEMA 5 – RECONHECIMENTO CELULAR E TRANSPLANTE DE ÓRGÃOS 
O MHC, desde sua descoberta, está estritamente relacionado a rejeição 
a transplantes. Quando um indivíduo doa um órgão ou tecido, as células T do 
receptor encontram moléculas de MHC do doador, que por si só já funcionam 
como potentes imunógenos despertando, na maioria das vezes, respostas muito 
agressivas. Devido à grande variedade de alelos na população, é praticamente 
impossível encontrar um doador perfeito (100% de correspondência). 
Por isso, muitos estudos do MHC têm sido realizados ultimamente com o 
intuito de tornar a prática dos transplantes uma atividade de sucesso para o 
receptor, prolongando sua vida. 
https://www.infoescola.com/biologia/mitose/
 
 
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Em educação, Vidotto (2015) realizou uma intervenção para conscientizar 
os estudantes da importância dos transplantes, utilizando o conceito sócio 
científico do MHC para essa intervenção. Os resultados demonstraram que os 
indivíduos têm pouco conhecimento sobre o tema, fato que atua no preconceito 
ao transplante e até mesmo na não adesão à doação de órgãos. 
NA PRÁTICA 
Vamos observar a parede celular de células da cortiça ao MO? Para esse 
procedimento vamos trabalhar com a visualização da cortiça ao MO. Este 
procedimento foi pesquisado e, a ele, inserido um episódio da história da Ciência 
O papel motivador e problematizador da observação da cortiça enquanto 
episódio na História da Biologia: uma análise das interações discursivas. 
A osmose é um procedimento fundamental para a homeostase celular. É 
possível observa-la cortando batatas cruas em fatias, e adicionando sal comum. 
Após alguns minutos de exposição das células da batata, em meio hipertônico, 
ocorre a passagem da água das células para o meio extracelular. Veja no 
programa Ciência Curiosa como fazer essa experiência em sala de aula. 
FINALIZANDO 
Encerrando a nossa aula vamos revisar os temas estudados: 
 A estrutura, composição e função da membrana plasmática; 
 Os transportes de íons, moléculas e substâncias pela membrana 
plasmática; 
 A estrutura, composição e função da parede celular em bactérias, fungos 
e plantas; 
 O reconhecimento celular pelas glicoproteínas da membrana celular e o 
complexo principal de histocompatibilidade; 
 O reconhecimento celular necessário ao sucesso dos transplantes. 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
ALBERTS, B., BRAY, D.& HOPKIN, K. Fundamentos da Biologia Celular. 2. 
ed. Porto Alegre: Artmed. 2006. 
AVERSI-FERREIRA, T. Biologia celular e molecular. São Paulo: Átomo, 2008. 
CARVALHO, H. F.& RECCO-PIMENTEL, S.M. A célula. 2. ed. Barueri: Manole, 
2007. 
COOPER, G.M.; HAUSMAN, R.E. A célula: uma abordagem molecular. 3. ed. 
Porto Alegre: Artmed. 2007 
DE ROBERTIS, E. M. F., HIB, J. & PONZIO, R. Biologia celular e molecular. 
14. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. 
FUKUDA, E; VASCONCELOS, A; BARBOSA, A; DEKKER, R; SILVA, M. 
Polissacarídeos de parede celular fúngica: purificação e caracterização. 
Semina: Ciências Agrárias, Londrina, v. 30, n. 1, p. 117-134, jan/mar 2009. 
Disponível em: 
http://www.uel.br/revistas/uel/index.php/semagrarias/article/viewFile/2670/2321. 
Acesso em: 30 jul. 2019. 
JUNQUEIRA, L. C. U. & CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio 
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MOREIRA, C. Membrana Celular. Revista de Ciência Elementar. Vol. 2, n. 2. 
Disponível em: 
https://www.fc.up.pt/pessoas/jfgomes/pdf/vol_2_num_2_62_art_membranaCelu
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VIDOTTO, F. Estratégia de conscientização pública para doação de órgãos, 
Monografia. Universidade Federal do Paraná.Apucarana: 2015. Disponível em: 
https://www.acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/42325/R%20-
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em: 30 jul. 2019.