origem e evolução celular

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BIOLOGIA
CELULAR
Maria Carolina Vieira da Rocha
M
aria Carolina Vieira da Rocha
BIOLOGIA CELULAR
Fundação Biblioteca Nacional
ISBN 978-85-387-6638-4
9 788538 766384
Código Logístico
I000389
Biologia Celular 
Maria Carolina Vieira da Rocha
IESDE BRASIL
2021
Todos os direitos reservados.
IESDE BRASIL S/A. 
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Batel – Curitiba – PR 
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CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO 
SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ
R574b
Rocha, Maria Carolina Vieira da
Biologia celular / Maria Carolina Vieira da Rocha. - 1. ed. - Curitiba 
[PR] : Iesde, 2021.
118 p. : il.
Inclui bibliografia
ISBN 978-85-387-6638-4
1. Citologia. 2. Biologia molecular. I. Título.
CDD: 571.6
21-74827 CDD: 57.6
CDU: 576
Maria Carolina Vieira 
da Rocha
Doutora e mestre em Engenharia de Recursos 
Hídricos e Ambiental pela Universidade Federal do 
Paraná (UFPR). Especialista em Perícia Criminal pela 
Faculdade de Ciências Gerenciais da Bahia. Graduada 
em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia pela 
UFPR e em Ciências Biológicas pela Universidade 
Positivo (UP). Professora adjunta e coordenadora 
dos cursos de Engenharia Ambiental e Engenharia de 
Produção. Professora colaboradora do Programa de 
Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos 
e Ambiental na Universidade Federal do Paraná 
(PPGERHA/UFPR). Atua nas áreas de microbiologia e 
parasitologia ambiental, biologia molecular aplicada 
ao saneamento, genética de microrganismos, 
genética forense, tecnologias ambientais, sistemas 
de tratamento de efluentes, lodos e resíduos sólidos, 
toxicologia ambiental e biossegurança.
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SUMÁRIO
1 Origem e evolução celular 9
1.1 Origem celular 9
1.2 Tipos celulares 16
1.3 Evolução e especializações celulares 23
2 Tecnologias de análise celular 28
2.1 Tecnologias de pesquisa celular 28
2.2 Microscopia 33
2.3 Identificação de marcadores celulares por imunocitoquímica 44
3 Macromoléculas celulares 49
3.1 Macromoléculas celulares – lipídios e carboidratos 49
3.2 Proteínas 60
3.3 Ácidos nucleicos 64
4 Metabolismo e divisão celular 69
4.1 Geração de energia 69
4.2 Mitocôndrias e cloroplastos 82
4.3 Divisão celular 89
5 Movimentação e comunicação celulares 96
5.1 Movimentação celular 97
5.2 Cílios e flagelos 104
5.3 Comunicação celular química 107
 Resolução das atividades 114
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As primeiras formas de vida surgiram há cerca de 3,8 bilhões 
de anos e, desde então, elas têm evoluído incessantemente. Cada 
célula, desde um simples microrganismo até o complexo neurônio 
humano, apresenta uma infinidade de processos metabólicos, 
coordenados de maneira primorosa pelo maquinário celular. 
Na célula também se encerra uma vastidão de informações e 
processos que ainda não temos conhecimento. É aí que entra 
a Biologia Celular, ciência que estuda detalhadamente cada 
sistema e compartimento das células, procurando desvendar 
os segredos e responder às dúvidas que ainda existem nessas 
pequenas – e maravilhosas – unidades básicas da vida.
Por conta disso, esta obra tem como objetivo apresentar 
os principais aspectos relacionados às células procariontes e 
eucariontes, abordando sua morfologia, estrutura, metabolismo, 
divisão, locomoção e comunicação. 
Iniciamos, no Capítulo 1, discutindo sobre o princípio da vida 
no planeta, as hipóteses do surgimento das primeiras células e 
o desenvolvimento dos organismos pluricelulares. Também nos 
debruçamos sobre as características das células procariontes e 
eucariontes – classificação celular mais utilizada em termos de 
estrutura e configuração celular. 
No Capítulo 2, abordamos as principais técnicas utilizadas 
para a investigação analítica das células: citometria de fluxo, 
microscopia óptica e eletrônica e imunocitoquímica. 
No Capítulo 3, discutimos sobre as principais macromoléculas 
de importância celular – lipídios, polissacarídeos, proteínas e 
ácidos nucleicos – abordando sua composição, sua estrutura e 
suas funções. 
Por sua vez, no Capítulo 4, trazemos um panorama sobre 
o metabolismo celular, apresentando quatro vias de geração 
de energia: a glicólise, a fermentação, o ciclo do ácido cítrico 
e a fosforilação oxidativa. Ainda nesse capítulo, abordamos a 
divisão celular, mitótica e meiótica, discutindo suas diferenças 
e mecanismos que garantem a propagação das células e a sua 
variabilidade genética. 
APRESENTAÇÃOVídeo
8 Biologia Celular
Por fim, no Capítulo 5, abordamos a composição, organização e funções 
do citoesqueleto, sistema que assegura a estrutura e formato celular, além 
de promover o transporte de organelas e moléculas no interior das células. 
Nesse capítulo, também nos debruçamos sobre as estruturas de locomoção 
celular – cílios e flagelos – e os mecanismos de sinalização e comunicação 
entre células.
Portanto, esperamos que essa obra possa contribuir com o 
desenvolvimento do conhecimento na área, despertando o interesse de 
estudantes e pesquisadores no estudo das células e de seus mecanismos de 
manutenção e sobrevivência. Apenas com a educação e a pesquisa poderemos 
garantir um futuro mais promissor e com mais qualidade de vida a essa e às 
futuras gerações.
Origem e evolução celular 9
1
Origem e evolução celular
Você sabe o que é um ser vivo? Essa pergunta parece inusitada, con-
siderando que estamos cercados de vida, em suas mais diversas formas. 
Entretanto, por mais óbvio que possa parecer, essa definição é na verda-
de bastante subjetiva. Isso porque os organismos vivos, e seus fantásticos 
processos bioquímicos, encontram-se em constante evolução, e precisa-
mos acompanhar essas mudanças para definirmos o que chamamos de 
vida.
Para contornar essa aparente subjetividade, os cientistas não defen-
dem a existência de um conceito definitivo para o termo, e sim a presença 
de certos atributos capazes de caracterizar um ser vivo, como a capacida-
de de reprodução, a transmissão de informações genéticas aos descen-
dentes, a presença de metabolismo e a habilidade de evoluir diante de 
estímulos do ambiente.
Entretanto, apesar de essenciais aos organismos de hoje, esses atri-
butos nem sempre estiveram presentes, e as primeiras células evoluíram 
gradativamente até chegarem à complexa configuração que conhecemos 
atualmente. E como teria sido essa primeira forma de vida? Essa é uma 
questão que levanta diversas teorias e que permanece ainda uma incógnita 
no meio científico.
Neste capítulo, veremos algumas das teorias sobre a origem da vida, 
debatendo os prováveis caminhos evolutivos seguidos pelos nossos ances-
trais mais primitivos. Também nos debruçaremos sobre os tipos celulares 
– procariotos e eucariotos – e suas características. Por fim, abordaremos as 
especializações celulares, mecanismos evolutivos que contribuíram para a 
disseminação da vida em todos os compartimentos do planeta.
1.1 Origem celular 
Vídeo Estima-se que as primeiras formas de vidatenham surgido há 3,8 
bilhões de anos. Considerando que a Terra tem cerca de 4,5 bilhões de 
anos, foram necessários aproximadamente 700 milhões de anos para 
que ela oferecesse as condições adequadas para o surgimento da pri-
meira célula (COOPER, 2019).
10 Biologia Celular
Figura 1
Linha do tempo da evolução da vida na Terra
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Sol inflama
Big Bang
Terra
Procariotos 
(células sem núcleo)
Eucariotos 
(células com núcleo)
Oxigênio 
atmosférico
Bactéria
Protozoários
Esponjas 
e fungos
Corais
Peixes
Águas-vivas
Miríapodes
Crustáceos
Aracnídeos
Equinodermos
Vermes
Moluscos
Artrópodes
Tetrápodes
Insetos
Anfíbios
Répteis
Dinossauros
Aves
Mamíferos
Flores e 
Abelhas
Primatas
AustrolopithecusAustrolopithecus
Homo sapiens 
sapiens
Bilhões de Bilhões de 
anos atrásanos atrás
Milhões de Milhões de 
anos atrásanos atrás
Milhares de Milhares de 
anos atrásanos atrás
As primeiras teorias sobre a origem da vida foram propagadas na dé-
cada de 1920 independentemente por dois pesquisadores: Aleksandr 
Ivanovich Oparin (1894-1980) e John B. S. Haldane (1892-1964). A ideia 
central nessas teorias era a de que as moléculas orgânicas foram for-
madas na Terra primitiva por meio de reações químicas entre molécu-
las inorgânicas, em um ambiente de condições extremas e favoráveis 
a essa síntese.
A hipótese de Oparin e Haldane, como ficou conhecida essa teoria, 
teve grande respaldo científico e sua viabilidade foi testada em 1952, 
em um experimento realizado por Stanley Miller (1930-2007) e Harold 
Urey (1893-1981) na Universidade de Chicago.
O experimento de Miller e Urey consistia em reproduzir em labora-
tório as condições atmosféricas primitivas e verificar a possibilidade de 
geração de moléculas orgânicas por meio da combinação de alguns fato-
res. Assim, os pesquisadores utilizaram uma mistura de gases – metano 
Compreender a origem 
celular e suas teorias.
Objetivo de aprendizagem
Origem e evolução celular 11
(CH4), amônia (NH3) e hidrogênio (H2) – selada em um recipiente de vidro 
estéril de 5 litros. Esse recipiente se encontrava conectado a outro, de 
500 ml, que continha água, a qual era aquecida e, consequentemente, 
evaporava, e o vapor d’água era conduzido ao interior do frasco maior.
O vapor d’água e a mistura de gases eram então bombardeados 
com faíscas elétricas geradas entre dois eletrodos, de modo a simular 
a presença de raios, comuns na atmosfera primitiva. Na sequência, o 
meio era resfriado novamente, e a água condensada era recolhida no 
fundo em U do aparato. A Figura 2 apresenta o desenho esquemático 
dos aparatos utilizados no experimento.
Figura 2
Representação esquemática do experimento de Miller e Urey
Ca
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Eletrodos
Resfriamento
Fonte de 
calor
Faísca
H2O, CH4, 
NH3, H2
CH4, NH3
H2O
Entrada 
de gás
D
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No experimento de Miller e Urey, a mistura de gases com vapor 
d’água simulava a atmosfera primitiva, e a fonte de água representava 
os oceanos, que, conforme o aquecimento gradual do planeta, come-
çaram a contribuir cada vez mais com o vapor d’água na atmosfera. Ao 
analisarem o conteúdo condensado no fundo do aparato, os pesquisa-
dores descobriram pelo menos cinco aminoácidos: glicina, α-alanina, 
β-alanina, ácido aspártico e ácido α-aminobutírico. A descoberta confir-
mou a viabilidade da hipótese de Oparin e Haldane de que as condições 
da atmosfera primitiva poderiam conduzir à formação de moléculas 
orgânicas no planeta (MILLER, 1953).
12 Biologia Celular
Em 2007, após a morte de Stanley Miller, cientistas investigaram o 
conteúdo ainda selado de amostras preservadas do experimento ori-
ginal e concluíram que mais de 20 aminoácidos podiam ser detectados 
em diferentes concentrações, o que corroborou a validade do experi-
mento e, consequentemente, a hipótese de Oparin e Haldane. Atual-
mente, estudos demonstram que as condições da atmosfera primitiva 
eram muito provavelmente distintas daquelas definidas por Miller e 
Urey. Entretanto, experimentos prebióticos 1 similares continuam pro-
duzindo compostos orgânicos e têm mantido a veracidade da desco-
berta dos pesquisadores (BADA, 2013).
Apesar de válida, não podemos afirmar que a hipótese de Oparin 
e Haldane realmente explica o que aconteceu na Terra há mais de 3,5 
bilhões de anos. Assim, outras hipóteses sobre o surgimento de molé-
culas orgânicas no planeta foram desenvolvidas, com destaque para a 
teoria da panspermia. Nessa teoria, acredita-se que corpos celestes, 
como meteoros e meteoritos, possam ter caído na Terra carregando 
compostos orgânicos oriundos de outros lugares do Universo.
A teoria da panspermia tem ganhado força e muitos adeptos, 
principalmente após descobertas astrofísicas que indicam a presen-
ça de compostos essenciais à vida em outros planetas, como a água. 
Considerando que a Terra é um sistema fisicamente aberto, é bas-
tante plausível a perspectiva de termos recebido muitos compostos 
extraplanetários durante os bilhões de anos de evolução do planeta 
(LIMA, 2010).
Tendo sido formados pelas condições redutoras da atmosfera pri-
mitiva ou trazidos de outros locais no Universo, fato é que os com-
postos orgânicos foram essenciais para o surgimento da vida e para 
a formação das primeiras células. Acredita-se que, após a produção 
de uma “sopa primordial”, rica em compostos orgânicos, no planeta, 
estes passaram a reagir entre si, dando origem a longas cadeias orgâ-
nicas – os polímeros. Para que essas reações ocorressem, duas hipóte-
ses principais foram apresentadas: a polimerização por aquecimento 
de compostos orgânicos desidratados, e o uso de minerais – como os 
polifosfatos – para catalisar as reações.
O surgimento de longas cadeias orgânicas poliméricas – como aque-
las formadas por aminoácidos ou nucleotídeos – deve ter sido o início 
do que se entende como vida, quando essas cadeias passaram a rea-
Refere-se à fase prebiótica 
na Terra primitiva, antes 
do surgimento das primei-
ras células.
1
No filme A Árvore da Vida, 
as origens da vida na 
Terra e o seu significado 
são apresentados com os 
dilemas de uma família 
norte-americana na dé-
cada de 1950. Com uma 
fotografia surpreendente, 
o filme discute as relações 
e a existência humanas, 
dentro da imensidão do 
surgimento do Universo.
Direção: Terrence Malick. Estados 
Unidos: Cottonwood Pictures; 
Plan B Entertainment; River Road 
Entertainment, 2011.
Filme
Origem e evolução celular 13
lizar a autorreplicação, propagando-se no meio. Mas qual teria sido a 
molécula precursora, responsável por levar a efeito a replicação, man-
tendo-se presente e em grande quantidade no ambiente? Muitos es-
tudiosos acreditam que seja a molécula de ácido ribonucleico ou RNA.
De acordo com a hipótese conhecida como mundo de RNA, essa molécula 
teria sido a precursora das primeiras formas de vida, devido a algumas de 
suas características.
• Assim como o DNA, o RNA é uma molécula informacional, que carrega 
dados em potencial em sua sequência de nucleotídeos.
• O RNA pode servir de molde para sua própria replicação, devido à sua con-
formação em fita simples e ao pareamento de bases em seus nucleotídeos.
• O RNA pode atuar como agente catalisa-
dor de reações químicas. Hoje em dia, é 
sabido que as ribozimas – moléculas 
de RNA com capacidade catalítica 
similar às enzimas – são funda-
mentais no processamento de 
diversas moléculas, inclusive do 
próprio RNA.
A hipótese do mundo de RNA foi 
apresentada inicialmente em 1962, 
por Alexander Rich (1924-2015), 
sendo que Walter Gilbert (1932-) 
cunhou o termo em 1986.
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Molécula de RNA.
Pela sua capacidade de autorreplicação e potencial de catalisar rea-
ções químicas, o RNA tem sido bastante aceito como molécula central da 
organização celular primitiva. O fato de essa molécula ser bastante instá-
vel pode ter sido contornado pela metilação 2 de suas cadeias, aumentan-
do assimseu tempo de permanência no meio. Acredita-se que o passo 
seguinte foi sua associação com proteínas, dando origem a cadeias mais 
complexas, de riboproteínas. Ao longo da evolução do planeta, esse papel 
teria passado para o DNA, molécula mais complexa e estável.
Apesar de a hipótese do RNA – ou mundo de RNA – ser bastante re-
conhecida, colocando essa molécula como o primeiro sistema genético 
do planeta, há pesquisadores que acreditam que a replicação tenha 
sido levada a efeito não só pelo RNA, mas por um grupo de moléculas 
conectadas por reações químicas, em uma hipótese conhecida como 
mundo metabólico.
Ligação de um grupamen-
to metila na extremidade 
da molécula de RNA.
2
14 Biologia Celular
De acordo com os defensores dessa hipótese, as interações mole-
culares beneficiaram a evolução das moléculas, que em um processo 
sinérgico promoveram a replicação e as reações químicas necessárias 
à polimerização e à formação de longas cadeias orgânicas. Os pesqui-
sadores do mundo metabólico defendem que o RNA deve ter sido uma 
das moléculas desse consórcio e que deve ter passado a controlá-lo 
posteriormente na evolução.
Uma vez formadas as macromoléculas com capacidade de autor-
replicação, o passo seguinte na evolução celular seria a sua comparti-
mentalização. Isso porque não seria benéfica a sua permanência livre 
no meio, onde as suas reações bioquímicas poderiam ser aproveitadas 
por outras moléculas. Assim, a presença de fosfolipídios na sopa orgâ-
nica primitiva foi fundamental para o encapsulamento dessas macro-
moléculas, como o RNA, fornecendo vantagem evolutiva frente àquelas 
que permaneceram livres no ambiente.
Fosfolipídios são moléculas anfipáticas, ou seja, apresentam uma por-
ção solúvel em água (hidrofílica), denominada de cabeça fosfato, e uma 
porção insolúvel (hidrofóbica), definida como cauda de hidrocarbonetos. 
Essas moléculas apresentam a capacidade de se agregar, quando em 
solução aquosa, formando uma bicamada lipídica. Nesse caso, a cabe-
ça fosfato permanece em contato com o meio aquoso, ao passo que as 
cadeias de hidrocarbonetos se mantêm internas à membrana (Figura 3).
Figura 3
Membrana bilipídica formada por fosfolipídios
So
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No
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Em azul se encontra a 
porção hidrofílica (cabeça 
fosfato), e em amarelo a 
porção hidrofóbica (cauda 
de hidrocarbonetos).
Origem e evolução celular 15
O encapsulamento do RNA e outras macromoléculas por uma bica-
mada lipídica pode ter sido a primeira estrutura similar a uma célula 
na história evolutiva do planeta. As vantagens desse sistema fechado 
em um ambiente hostil e em constante pressão seletiva são inúmeras. 
A membrana rudimentar foi uma proteção fundamental contra as ad-
versidades do meio externo, além de proporcionar o confinamento das 
atividades bioquímicas, beneficiando essas estruturas em uma prová-
vel evolução darwiniana 3 .
O passo seguinte na evolução celular foi o desenvolvimento do metabo-
lismo energético, que acompanhou as mudanças das condições de vida no 
planeta (Figura 4). Em uma atmosfera ainda primitiva, a ausência de oxigê-
nio promoveu as reações metabólicas que faziam uso de outros aceptores 
de elétrons, como hidrogênio e enxofre. A glicólise – quebra anaeróbia da 
glicose com produção de ácido láctico – foi uma das primeiras vias metabó-
licas utilizadas pelas células primitivas para produção de energia.
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Bilhões de anos atrás
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Figura 4
Relação entre a concentração de oxigênio na atmosfera e o tempo de formação do planeta (em 
bilhões de anos atrás)
Teoria preconizada pelo 
naturalista e biólogo 
britânico Charles Darwin 
(1809-1882), segundo a 
qual apenas as espécies 
mais adaptadas ao meio 
sobrevivem, por meio 
de um mecanismo de 
seleção natural.
3
16 Biologia Celular
Com as mudanças no meio, formas primitivas de vida também pas-
saram a utilizar a energia do sol para direcionar a síntese de glicose 
por meio de gás carbônico (CO2) e água (H2O). Essa primeira forma de 
fotossíntese, ainda anoxigênica 4 , promoveu o aumento das concentra-
ções de oxigênio na atmosfera, permitindo o desenvolvimento de orga-
nismos um pouco mais complexos e capazes de utilizar o metabolismo 
oxidativo para a produção de energia.
As mudanças promovidas no planeta pelos organismos fotossinte-
tizantes, principalmente as cianobactérias, estimularam o desenvolvi-
mento de células cada vez mais desenvolvidas, dando origem – bilhões 
de anos após o início dessa jornada evolutiva – às células procariontes 
e eucariontes que conhecemos atualmente.
1.2 Tipos celulares 
Vídeo Das primeiras células primitivas às complexas configurações de 
organismos que encontramos hoje, passaram-se bilhões de anos. 
E, dentro desse imenso processo evolutivo, duas formas principais de 
organização celular se destacaram, sendo responsáveis pela configura-
ção estrutural de todos os organismos no planeta: as células procarion-
tes e as células eucariontes.
1.2.1 Células procariontes
As células procariontes apresentam a configuração celular mais 
simples. Seu nome vem da junção dos termos pro, que significa antes, 
e cario, que significa núcleo. Desse modo, essas células se caracterizam 
pela ausência de núcleo verdadeiro em seu interior. De fato, células 
procariontes não apresentam nenhum sistema interno de membranas, 
diferentemente das células eucariontes, como veremos na Seção 1.2.2. 
Seus representantes são os microrganismos – unicelulares – perten-
centes aos domínios (grupos biológicos) Bacteria e Archaea.
Os principais componentes de uma célula procarionte são quatro 
– também presentes em células eucariontes: a membrana plasmá-
tica, que age como uma barreira seletiva para a entrada e saída de 
íons e moléculas; o citoplasma, formado por uma solução gelatinosa 
que preenche todo o interior celular e onde as demais organelas 
se encontram suspensas; o DNA, material genético da célula; e os 
Na ausência de oxigênio 
livre (O2).
4
Diferenciar células proca-
riontes de eucariontes.
Objetivo de aprendizagem
Origem e evolução celular 17
ribossomos, que permanecem livres no citoplasma e são responsá-
veis pela síntese proteica.
Além desses componentes, algumas células procariontes apresen-
tam outras estruturas, como a parede celular e a cápsula. A parede 
celular é composta de carboidratos e proteínas, tendo como função 
a proteção mecânica e a prevenção da desidratação celular. A parede 
celular também pode atuar como estrutura de adesão pela presença 
abundante de polímeros, como os peptidoglicanos, que auxiliam na 
formação e coesão de biofilmes bacterianos.
A cápsula também funciona como estrutura de proteção e ocorre 
exclusivamente em bactérias. São estruturas altamente hidratadas 
que previnem a dessecação das bactérias e também as auxiliam na 
adesão e formação de biofilmes. Presentes em bactérias patogêni-
cas, a cápsula desempenha um papel importante na virulência do or-
ganismo, pois o auxilia a se evadir do sistema imune do hospedeiro 
(CUMMINGS; ESKO, 2009).
Outros componentes que podem estar presentes nas células pro-
cariontes são estruturas especializadas que as auxiliam na locomoção, 
adesão e comunicação celular. Entre estas, destacam-se os flagelos, 
apêndices longos na forma de um chicote que permitem a movimen-
tação voluntária da célula; as fímbrias, estruturas mais curtas e nume-
rosasque os flagelos e cuja função principal é promover a aderência 
celular; e os pili, estruturas bastante similares às fímbrias, cujas fun-
ções são de adesão e de comunicação entre microrganismos, particu-
larmente no processo de troca de material genético, conhecido como 
conjugação. A Figura 5 representa esquematicamente uma célula pro-
carionte e seus principais componentes.
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ga
 B
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Cápsula
Pili
Parede celular Membrana plasmática
Plasmídeo (DNA)
Nucleóide (DNA)Ribossomos Citoplasma 
Flagelo
Figura 5
Representação es-
quemática em corte 
da estrutura de uma 
célula procarionte
18 Biologia Celular
Por não haver núcleo, o material genético (DNA) das células pro-
cariontes fica concentrado em uma região do citoplasma conhecida 
como nucleóide. Seu DNA constitui, em geral, um cromossomo único; 
entretanto, pequenas estruturas de DNA circulares conhecidas como 
plasmídeos se encontram comumente espalhadas pelo citoplasma, 
conferindo algumas características de resistência bastante úteis à so-
brevivência dessas células.
Os microrganismos procariontes se reproduzem de maneira asse-
xuada por fissão binária. Nesse processo, o material genético é dupli-
cado, e a parede celular sofre uma invaginação 5 , dividindo a célula em 
outras duas idênticas. Outro modo de reprodução que ocorre entre 
esses microrganismos é via conjugação, uma forma de recombinação 
gênica em que um organismo transfere material genético para outro, 
utilizando apêndices sexuais, os pili.
A recombinação gênica pode ocorrer em microrganismos procariontes por três 
mecanismos distintos:
• Conjugação: é a transferência de material genético – plasmídeos – entre 
dois microrganismos, sendo um deles o doador, e o outro o receptor.
• Transformação: ocorre quando um microrganismo incorpora em sua cé-
lula o DNA presente livre no meio.
• Transdução: transferência de material genético para o interior da célula 
microbiana com o auxílio de um vírus (bacteriófago).
Em relação à conformação celular, organismos procariontes apre-
sentam as mais diversas maneiras: esféricos, bacilares, espirais, entre 
outros. Seu tamanho varia de 0,1 µm 6 a 5 µm, com raras exceções que 
ultrapassam essas dimensões. Para as células procariontes é extrema-
mente vantajoso se manterem pequenas; células grandes apresentam 
uma pequena relação entre área superficial e volume, o que torna a 
troca de nutrientes pela membrana plasmática insuficiente para man-
ter todo o volume celular funcional.
1.2.2 Células eucariontes
Células eucariontes são estruturas mais complexas do que as pro-
cariontes. Isso se deve em grande parte à presença de organelas mem-
branosas em seu interior (Figura 6). Essas organelas funcionam como 
Dobramento da membrana 
plasmática com a formação 
de sulcos na superfície 
celular.
5
Micrômetro.
6
Origem e evolução celular 19
pequenos compartimentos com funções bem definidas e reações bio-
químicas específicas. Como exemplo, células eucariontes possuem pe-
quenas vesículas denominadas de lisossomos, cujo interior é formado 
por uma solução com pH ácido, que auxilia na digestão dos alimentos 
absorvidos pela célula. Caso o conteúdo dessa organela estivesse livre 
na célula, poderia causar danos às demais estruturas celulares.
Célula eucarionte Célula procarionte 
Núcleo
Ribossomos
Ribossomos
Complexo de Golgi
Retículo 
endoplasmático
Membrana 
plasmática
Membrana 
plasmática
Mitocôndria
Citoplasma Citoplasma
Lisossomo
Parede celular
DNA
Cápsula
Figura 6
Representação esquemática das diferenças estruturais entre as células eucarionte e procarionte
Al
do
na
 G
ris
ke
vic
ie
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hu
tte
rs
to
ck
O interior da célula eucarionte é constituído por uma solução gela-
tinosa, rica em íons e pequenas moléculas, o citosol, onde as organelas 
encontram-se imersas. Entre as organelas existentes, três se destacam 
por contribuir com o aumento da sua complexidade e capacidade evo-
lutiva: o núcleo (envelope nuclear), as mitocôndrias e o cloroplasto, 
este último em células vegetais.
O núcleo é separado do restante do conteúdo celular por um envelo-
pe nuclear. Essa membrana apresenta diversos poros e canais de comu-
nicação, por onde vão ocorrer as trocas com o citoplasma. Sua principal 
função é abrigar o material genético da célula, o DNA, organizado na 
forma de cromossomos. Diferentemente das células procariontes, que 
apresentam um único cromossomo, em geral circular, as células euca-
riontes possuem diversos cromossomos lineares. A compartimentali-
zação do seu material genético garante uma regulação mais complexa 
O curta metragem de 
animação A vida interior da 
célula ilustra o funcio-
namento celular e seus 
mecanismos moleculares, 
acompanhando a jornada 
de um leucócito no 
interior do corpo humano. 
A animação em 3D, cujos 
8,5 minutos levaram 14 
meses de produção, foi 
realizada pelo departa-
mento de Biologia Celular 
e Molecular da Univer-
sidade de Harvard, nos 
Estados Unidos.
Direção: David Bolinsky. Estados 
Unidos: XVIVO, 2006.
Filme
20 Biologia Celular
dos processos de transcrição e tradução proteica, considerando-se que 
o RNA, sintetizado a partir do DNA no interior do núcleo, deve ser trans-
ferido para o citoplasma para que a síntese das proteínas ocorra.
As mitocôndrias e cloroplastos são organelas que apresentam du-
pla membrana fosfolipídica e realizam atividades essenciais à manu-
tenção celular. Essas estruturas assemelham-se a células procariontes, 
apresentando inclusive um pequeno genoma próprio. Essas caracte-
rísticas levaram à criação de uma teoria de como essas organelas 
podem ter surgido na evolução celular dos eucariontes: a hipótese 
endossimbiótica.
A hipótese endossimbiótica afirma que mitocôndrias e cloroplastos eram or-
ganismos procariontes independentes que foram fagocitados por uma célula 
eucarionte em algum momento da evolução celular. Uma vez dentro do seu novo 
hospedeiro, essas células continuaram funcionais, desenvolvendo assim uma 
relação simbiótica. As vantagens evolutivas que a presença dessas células pro-
porcionou alavancaram o desenvolvimento dos organismos eucariontes, que, por 
sua vez, passaram a proporcionar um ambiente seguro para esses pequenos pro-
cariontes. Dadas as suas funções na célula, acredita-se que mitocôndrias tenham 
evoluído a partir de procariontes aeróbios, ao passo que cloroplastos originaram-
-se de microrganismos fotossintetizantes, similares às atuais cianobactérias.
 J
. M
ar
in
i/S
hu
tte
rs
to
ck
Microrganismo procarionte 
fotossintetizante
Mitocôndrias
Retículo 
endoplasmático rugoso 
(com ribossomos)
Núcleo
Nucléolo
Cloroplastos
A origem dos cloroplastos
Mitocôndrias apresentam como principal função a produção de 
energia na célula, convertendo moléculas energéticas, como a glicose, 
em adenosina trifosfato (ATP). O ATP garante o suprimento energéti-
co necessário ao metabolismo celular; quanto maior a quantidade de 
ATP produzida, mais eficiente a célula poderá ser em suas atividades. A 
presença da mitocôndria permitiu um rendimento energético bastante 
superior às células eucariontes, principalmente pelo uso das membra-
nas mitocondriais para os processos do metabolismo oxidativo. Células 
Origem e evolução celular 21
eucariontes podem ser maiores do que as procariontes justamente em 
razão do seu metabolismo energético mais eficiente.
Cloroplastos são organelas presentes em células vegetais e associa-
das à fotossíntese – produção de açúcares energéticos, como a glicose, 
a partir da luz solar, do gás carbônico e da água. Também produzem 
oxigênio, o que os torna essenciais para a manutenção da vida como 
conhecemos.
A hipótese endossimbiótica explica como mitocôndrias e cloroplastos 
podem ter surgido em células eucariontes; entretanto, a própria origem 
das células eucariontes parece estar associada à junção de duas células 
procariontes. Nessa hipótese, um microrganismo procarionte incorpo-
rou uma outra célula, também procarionte. Mantida no interior,essa 
célula deve ter se dividido e adicionado o DNA do hospedeiro ao seu 
próprio, mantendo-os isolados no interior de sua membrana plasmática. 
Com o tempo, essa relação deve ter se tornado permanente, e esse orga-
nismo procarionte incorporado pode ter evoluído para o núcleo existen-
te em eucariontes. Ainda, outra teoria, chamada de autógena, apresenta 
a possibilidade de uma célula procarionte – provavelmente com caracte-
rísticas similares às arqueas 7 atuais – ter sofrido invaginações de mem-
brana que levaram à produção das organelas em seu interior (Figura 7).
NN
NM
M
M
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hu
tte
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ck
Ondulação de 
membrana
Núcleo primitivo
Eucarionte primitivo
Formação 
do citoesqueleto
Célula vegetal
Vesícula intracelular
Mitocôndria
Mitocôndria
Simbionte
Citoesqueleto
Cloroplastro
Microtúbulos
Fibras 
de actina
Célula animal
DNA
DNA
Arquea
Lisossoma
Proteobactéria
Figura 7
Representação 
esquemática da 
teoria autógena de 
geração das células 
eucariontes
Microrganismos pro-
cariontes com caracte-
rísticas intermediárias 
entre bactérias e células 
eucariontes e alocadas 
em domínio próprio: 
Archaea.
7
22 Biologia Celular
Ambas as teorias, entretanto, adotam a explicação endossim-
biótica para a presença de mitocôndrias e cloroplastos nas células 
eucariontes.
Células eucariontes apresentam algumas características comuns e essenciais à sua classificação, como a 
presença de organelas membranosas e núcleo compartimentalizado, mas podem apresentar diferenças im-
portantes entre si. Basicamente existem três configurações de células eucariontes:
• Células Vegetais: apresentam parede celular composta de celulose, responsável por manter a estrutura do 
vegetal e evitar a dessecação. Também possuem cloroplastos, organelas contendo clorofila e responsáveis 
pela fotossíntese e um grande vacúolo central, que auxilia na manutenção da turgescência 8 celular.
• Células Animais: não apresentam parede celular, o que possibilita sua apresentação em uma varieda-
de de tamanhos e conformações. A maior mobilidade da membrana plasmática auxilia as células nos 
processos de fagocitose (ingestão de partículas sólidas) e pinocitose (ingestão de soluções). Possuem 
centríolos e microtúbulos, estruturas associadas à divisão celular e ao citoesqueleto.
LD
ar
in
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hu
tte
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to
ck
Célula vegetal Célula animal
Ribossomos
Lisossomos
Núcleo
Nucléolo
Mitocôndrias
Retículo endoplasmático
rugoso
Retículo endoplasmático liso
Vacúolo
Peroxissomos
Complexo de Golg
Membrana celular
Citoplasma
CloroplastosCloroplastos
AmiloplastosAmiloplastos
Parede celularParede celular
MicrotúbulosMicrotúbulos
CentríolosCentríolos
• Células de Fungos: apresentam parede celular constituída de quitina. Alguns fungos apresentam uma 
estrutura – o septo – que permite a comunicação entre células adjacentes e a transferência de moléculas 
e organelas.
De
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Célula de Fungos
VacúoloVacúolo
MembranaMembrana SeptoSepto VesículasVesículasGrânulos de Grânulos de 
lipídioslipídios
Grânulos e Grânulos e 
armazenamentoarmazenamento
Parede Parede 
celularcelular
Cicatriz Cicatriz 
de divisãode divisão
Complexo Complexo 
de Golgide Golgi CitoplasmaCitoplasma NúcleoNúcleoMitocôndriaMitocôndria Retículo Retículo 
endoplasmáticoendoplasmático
Processo de absorção de 
água e aumento da pres-
são interna celular.
8
Origem e evolução celular 23
1.3 Evolução e especializações celulares 
Vídeo Considerando que o último ancestral comum entre todos os seres 
vivos (LUCA, do inglês last universal common ancestor, ou último ances-
tral comum universal) era formado por uma única célula, em algum 
momento da evolução do planeta ele deve ter se tornado um organis-
mo multicelular com células diferenciadas.
A primeira hipótese de multicelularidade foi apresentada pelo bió-
logo alemão Ernst Haeckel (1834-1919) em 1874. Observando a simi-
laridade entre alguns protistas coanoflagelados e células de esponjas 
– chamadas de coanócitos (Figura 8) –, o cientista atribuiu a formação 
do primeiro animal multicelular a uma colônia de coanoflagelados que 
passaram a trabalhar em conjunto, diferenciando-se posteriormente 
em células com formatos e atividades distintas.
Discutir sobre a evo-
lução celular e suas 
especializações.
Objetivo de aprendizagem
Figura 8
Representação esquemática de um coanoflagelado (protista) e de uma célula de esponja (animal) 
– o coanócito
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M
A,
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ia
 C
om
m
on
sCoanoflagelado 
(protista)
Célula de esponja 
(animal)
Esponja
A hipótese de Haeckel se manteve predominante por mais de 130 
anos. Em 2008, entretanto, alguns pesquisadores questionaram a 
teoria, por ela pressupor que a diferenciação celular evoluiu apenas 
após a multicelularidade. Iñaki Ruiz-Trillo, pesquisador do Instituto de 
Biologia Evolutiva de Barcelona, Espanha, juntamente com seus cola-
boradores, questionou o fato de que outros animais podem ser ainda 
mais ancestrais do que as esponjas, como as águas-vivas-de-pente (filo 
Ctenophora) (Figura 9), conforme dados encontrados por outros gru-
pos de pesquisa (DUNN et al., 2008).
24 Biologia Celular
Figura 9
Água-viva-de-pente, da espécie Phylum ctenophore
Su
nfl
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om
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A equipe de Ruiz-Trillo observou que coanoflagelados e outros dois 
grupos unicelulares evolutivamente próximos aos protistas apresen-
tam ciclo de vida complexo, com diferenciação celular ocorrendo em 
diferentes etapas da vida. Durante essas etapas, esses organismos pas-
sam parte do tempo em uma composição multicelular primitiva com 
outros de sua espécie, formando agregados como colônias.
Desse modo, o primeiro animal poderia ter evoluído a partir de uma 
colônia de organismos em diferentes fases celulares, colocando a di-
ferenciação celular evolutivamente antes da multicelularidade. Essa 
hipótese já havia sido apresentada em 1949 pelo biólogo russo Alexey 
Zakhvatkin (1905-1950), entretanto, pela ausência de observações que 
a corroborassem, ficou esquecida por quase 60 anos.
Em 2019, novas descobertas trouxeram ainda mais luz à ancestra-
lidade dos primeiros organismos multicelulares. Ao estudar a expres-
são gênica 9 em células de esponjas, e compará-la com os produtos de 
expressão de coanoflagelados, os pesquisadores e biólogos marinhos 
Sandie Degnan e Bernard Degnan, junto com seus colaboradores, ob-
servaram que a célula de esponja que mais se assemelhava aos coa-
noflagelados não era o coanócito, como esperado, e sim o arqueócito, 
uma espécie de célula tronco das esponjas, isto é, com elevada plastici-
dade e capacidade de diferenciação (SOGABE et al., 2019).
Essas descobertas adicionam novas evidências à busca da primei-
ra organização multicelular. Células pluripotentes podem ter sido as 
precursoras dos organismos superiores, devido à capacidade de se 
A história da vida, sua 
origem e suas inúmeras 
incógnitas são abordadas 
em A Origem da Vida, de 
Hernani Maia e Ilda Dias. 
Nessa obra, os autores 
discutem perguntas que 
ainda parecem desafiar as 
fronteiras do conheci-
mento científico atual: há 
quanto tempo existe vida 
na Terra? Existem outras 
formas de vida fora do 
planeta? E se existem, 
seríamos capazes de 
reconhecê-las?
MAIA, H.L.S., DIAS, I.V.R. Livraria da 
Física: São Paulo, 2012
Livro
Síntese de proteínas a 
partir do DNA celular
9
Origem e evolução celular 25
adaptarem e se modificarem de acordo com as necessidades da co-
munidade em que se encontravam inseridas. Essas pesquisas não in-
validam necessariamente a origem teorizada por Heckel, mas trazem 
novos conhecimentos que podem auxiliar a elucidar as origens e cami-
nhos evolutivos das primeiras células no planeta.
Atualmente, as células dos organismos multicelulares são extre-
mamente especializadas, com atividades e conformações específicas, 
de acordo com as atividades que devem realizar. Nos seres humanos, 
por exemplo, células musculares estriadas esqueléticas são adaptadasao movimento voluntário e apresentam diversos filamentos sobre-
postos, além de múltiplos núcleos; já as hemácias, responsáveis pelo 
transporte sanguíneo do oxigênio, são células achatadas e anucleadas. 
A Figura 10 apresenta algumas especializações celulares encontradas 
no corpo humano, derivadas das células-tronco dos três tecidos em-
brionários – endoderme, ectoderme e mesoderme 10 .
Figura 10
Representação esquemática de especializações das células-tronco embrionárias humanas
De
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Ec
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de
rm
e Endoderm
e
Mesoderme
Melanócito
Alvéolos
Hepatócitos
Células do pâncreas
 Hemácias
Neurônio
Cardiomiócitos
Osteócito
Células epiteliais
Camadas de tecidos 
formadas durante o 
desenvolvimento embrio-
nário, sendo a ectoderme 
aquela mais externa; a 
mesoderme a interme-
diária; e a endoderme a 
camada de tecido mais 
interna. Cada camada 
será responsável pela 
formação de um conjunto 
de órgãos e tecidos espe-
cíficos no embrião.
10
26 Biologia Celular
O exato mecanismo que desencadeia a diferenciação nas células 
ainda não está completamente elucidado; sabe-se, no entanto, que está 
associado à regulação gênica, com a ativação e desativação da transcri-
ção do DNA nas células. Ainda, alguns animais são capazes de realizar a 
desdiferenciação, com células especializadas revertendo o processo e 
retornando a células básicas pluripotentes. Esse fenômeno ocorre com 
invertebrados inferiores – como os anfíbios urodelos 11 – como resposta 
à algum trauma e subsequente regeneração dos tecidos danificados.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A vida, em suas mais diversas formas, ainda guarda muitos mistérios. 
A origem das células e seu processo evolutivo são objetos de diversas 
hipóteses que, aos poucos, vamos corroborando ou refutando, conforme 
o conhecimento científico progride. Neste capítulo, estudamos sobre a 
possível origem da vida e as diversas teorias que tentam explicar a atual 
constituição das células. Também caracterizamos os dois principais tipos 
celulares, células eucariontes e procariontes, e abordamos os possíveis 
mecanismos que levam à diferenciação celular. Os temas estudados são 
essenciais para conhecer um pouco mais sobre o princípio da vida, re-
velando informações essenciais para a progressão do pensamento cien-
tífico. As respostas obtidas, entretanto, levantam outras dúvidas. Assim, 
seguimos em nossa jornada de conhecimento, procurando compreender 
nossas origens e nossa contínua evolução.
ATIVIDADES
Atividade 1
O que é a hipótese do mundo de RNA?
Atividade 2
Por que células eucariontes podem ser maiores do que células 
procariontes?
Atividade 3
Qual é a hipótese da multicelularidade de Ernst Heckel?
Anfíbios caudados.
11
Origem e evolução celular 27
REFERÊNCIAS
BADA, J. L. New insights into prebiotic chemistry from Stanley Miller’s spark discharge 
experiments. Chemical Society Reviews, v. 42, n. 5, p. 2186-2196, 2013.
COOPER, G. M. The Cell XE: a molecular approach. Sunderland: Sinauer Associates, 2019.
CUMMINGS, V. A.; ESKO, J. D. Essentials of glycobiology. 2. ed. Cold Spring harbor: Cold 
Spring Harbor Laboratory Press, 2009.
DUNN, C. W. et al. Broad phylogenomic sampling improves resolution of the animal tree of 
life. Nature, v. 452, p. 745-749, 2008.
LIMA, I. G. P. Novas perspectivas sobre a hipótese da panspermia. Enciclopedia Biosfera, 
v. 6, n. 11, p. 1-18, 2010.
MILLER, S. L. A production of amino acids under possible primitive Earth conditions. 
Science, v. 117, p. 528-529, 1953.
SOGABE, S. et al. Pluripotency and the origin of animal multicellularity. Nature, v. 570, 
p. 519-522, 2019.
28 Biologia Celular
2
Tecnologias de análise celular
Desde as primeiras pesquisas celulares, sempre foi grande o interes-
se científico em descobrir as características de cada célula, assim como 
detalhes das suas morfologia e atividade. Com a evolução tecnológica, a 
análise celular tornou-se cada vez mais capacitada para responder às per-
guntas pormenorizadas da ciência, e uma imensa gama de equipamentos 
e procedimentos foram e ainda estão sendo desenvolvidos para ampliar 
cada vez mais os conhecimentos sobre essa unidade fundamental da 
vida. Neste capítulo, será acompanhado um pouco do desenvolvimento 
tecnológico da análise celular, conhecendo os fundamentos das princi-
pais técnicas analíticas utilizadas na atualidade, além de suas aplicações e 
perspectivas futuras.
2.1 Tecnologias de pesquisa celular 
Vídeo A complexidade das células – de uma célula procarionte bacteriana 
a um enigmático neurônio humano – sempre foi tema de investigações, 
desde as primeiras análises celulares. Conhecer as características físi-
cas e químicas e os mecanismos de funcionamento de cada estrutura 
e molécula componente da célula tornou-se o principal objetivo da Bio-
logia Celular. Seu foco, contudo, não é de mera curiosidade acadêmica; 
as informações levantadas pelas análises celulares são essenciais para 
diagnósticos e aplicações terapêuticas em inúmeras doenças crônicas 
e infecciosas, assim como para prover uma melhor qualidade de vida 
aos indivíduos.
Nas últimas duas décadas, a evolução da tecnologia celular tem 
sido impressionante. Atualmente, tem-se disponíveis desde sistemas 
de imagem de células vivas em tempo real até mecanismos de auto-
mação de ensaios específicos, permitindo – com elevada acurácia – a 
contagem celular e a determinação de sua viabilidade, por exemplo.
O uso dessa grande variedade de equipamentos e aplicações deve 
ser considerado com cautela, e as melhores técnicas serão aquelas ca-
pazes de suprir a necessidade de cada pesquisa. O uso de acessórios, 
Conhecer os funda-
mentos das principais 
tecnologias utilizadas em 
análise celular.
Objetivo de aprendizagem
Tecnologias de análise celular 29
como injetores e câmaras de simulação ambiental, também aumenta a 
aplicabilidade das técnicas, permitindo a investigação de células vivas 
sob diferentes condições de estresse. Além disso, técnicas multiplex 1 
também contribuem para a rapidez e eficiência das análises, possi-
bilitando a medida simultânea de múltiplos compostos em amostras 
bem pequenas.
Em ensaios laboratoriais é bastante comum o uso dos termos reprodutibilidade, 
repetibilidade, acurácia e precisão. Mas afinal, o que significa cada um desses 
aspectos em uma análise?
• Reprodutibilidade: refere-se ao quanto de variação em uma análise pode 
ser causada por diferentes operadores. É um parâmetro relacionado à re-
petição da análise em outros laboratórios, por outros operadores.
• Repetibilidade: parâmetro que representa o quanto de variação na me-
dida está relacionada ao dispositivo de medição. Nesse caso, a varia-
ção ocorre dentro da análise de um mesmo operador em um mesmo 
equipamento/laboratório.
• Acurácia: esse parâmetro indica o quanto um valor está próximo de um 
valor de referência. Quanto maior a acurácia, mais próximo estará o resul-
tado do padrão esperado.
• Precisão: indica a proximidade entre os valores obtidos pela repetição do 
processo de medição. Nesse caso, ao repetir as análises, se os valores 
obtidos tiverem pouca variação entre eles, a precisão do ensaio é alta.
Uma das análises pioneiras na determinação das características ce-
lulares foi a citometria de fluxo. A primeira patente desse dispositivo 
ocorreu em 1953, solicitada pelo pesquisador e engenheiro eletricista 
Wallace Coulter. As primeiras aplicações, entretanto, foram levadas a 
efeito pelo pesquisador Mack Fulwyler (1936-2001), que desenvolveu o 
primeiro seletor de células e é reconhecido como um dos precursores 
do desenvolvimento da análise celular.
2.1.1 Citometria de fluxo
As valiosas contribuições de pesquisadores como Coulter, Fulwyler 
e demais cientistas envolvidos com a pesquisa celular levaram ao de-
senvolvimento do citômetro de fluxo conhecido hoje.
Técnicas capazes de ana-
lisar, simultaneamente, 
diversas características ou 
propriedades da amostra.
1
30 Biologia Celular
O termo citometria significamedição de métricas celulares. Isto é, a 
determinação do tamanho, do formato, da quantidade de células em 
uma suspensão, entre outras variáveis. O princípio da técnica de cito-
metria de fluxo, portanto, é realizar as medidas de células individuais 
– ou partículas – presentes em uma solução, utilizando, para isso, três 
sistemas acoplados: fluídico, óptico e eletrônico (Figura 1).
Figura 1
Sistema de citometria de fluxo contendo os sistemas fluídico, óptico e eletrônico.
Amostra de células 
Bocal
Laser
Célula
Fluido de 
invólucro
Barra de obscuração
Sistema computacional de análise
Espelho 
dicróico
Filtro
SSC
FL-2
FL-1
FL-3
FSC
PMT
PMT
PMT
PMT
ADC
PMT
Ki
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PMT – fotomultiplicador; ADC – conversor de sinal analógico-digital; SSC – dispersão lateral de luz visível; FSC – dispersão frontal 
de luz visível; FL-1, FL-2, FL-3 – canais de fluorescência.
O sistema fluídico é responsável pelo transporte das células/par-
tículas do tubo de amostra até a câmara de fluxo (também chamada 
de ponto de interrogação), onde será realizada a medida. Para que as 
células possam ser transportadas no interior do sistema, é importante 
que elas estejam livres em uma suspensão. Assim, para amostras de 
culturas celulares, sangue periférico ou demais fluidos, basta realizar 
a centrifugação, a contagem celular (para determinação da concentra-
ção) e a suspensão em solução-tampão adequada. Para amostras de 
tecidos sólidos ou células tumorais, entretanto, é necessário utilizar 
previamente um método de separação, que pode ser mecânico, como 
solução-tampão: solu-
ção formada por uma mis-
tura de ácido e base com 
seu sal correspondente 
e capaz de atenuar varia-
ções de pH, mantendo-o 
constante no meio.
Glossário
Tecnologias de análise celular 31
a moagem – na qual as células são separadas por meio de impacto ou 
abrasão –, ou enzimático, que utiliza moléculas que catalisam a quebra 
das conexões celulares. Essa etapa de separação é fundamental para o 
bom funcionamento da técnica, pois evita a formação de aglomerados 
que prejudicariam a análise das células individualmente.
Ainda na etapa de preparação da amostra, caso deseje analisar ca-
racterísticas específicas celulares, como a presença de uma molécula 
ou um marcador de superfície, é necessário adicionar reagentes fluo-
rescentes. Esses reagentes podem ser, por exemplo, anticorpos con-
jugados com fluoróforos 2 , que vão reconhecer uma estrutura celular 
específica; corantes fluorescentes ligantes de DNA; corantes de viabili-
dade celular; ou proteínas de expressão fluorescentes.
Após seu preparo, a amostra é adicionada no sistema, em que é 
transportada com o auxílio de uma solução-tampão fisiológica, deno-
minada fluido de invólucro. Nessa etapa de transporte também é rea-
lizada a focalização da amostra, que visa induzir o alinhamento das 
células para que elas passem individualmente na frente do laser com-
ponente do sistema óptico.
A focalização pode ser feita de duas formas: hidrodinâmica ou acús-
tica. Na focalização hidrodinâmica, as partículas são organizadas me-
diante a alteração de pressão diferencial entre os dois fluidos: aquele 
da amostra e o fluido de invólucro. Essa diferença de pressão altera a 
vazão por onde as partículas passam, sendo possível aumentar ou di-
minuir o fluxo de células em determinado ponto. Já a focalização acústi-
ca utiliza ondas de ultrassom para realizar o alinhamento das partículas 
e garantir sua passagem individual na frente da câmara de fluxo onde 
se encontra o laser.
O sistema óptico de um citômetro de fluxo é formado por uma fonte 
de luz (laser), lentes, filtros e um sistema de detecção, que gerará uma 
fotocorrente elétrica. A luz visível, ao incidir sobre as partículas, sofre-
rá um espalhamento – conhecido como dispersão – que será indicativo 
das características celulares, como tamanho e formato. A dispersão para 
frente dessa luz visível (FSC, do termo em inglês forward scattering, ou 
espalhamento para frente) fornece informações sobre o tamanho da cé-
lula, enquanto a dispersão lateral ou em 90º (SSC, do termo em inglês 
side scattering, ou espalhamento lateral) indica a complexidade interna 
celular, como a presença de grânulos 3 (MCKINNON, 2018). Também, a 
Fluoróforos ou fluoro-
cromos são moléculas 
que absorvem a luz em 
um comprimento de 
onda baixo (com elevada 
energia) e emitem luz 
em um comprimento de 
onda maior (com menor 
energia). Esse fenôme-
no é denominado de 
fluorescência.
2
Partículas intracelulares, 
em geral vesículas secre-
toras ou de armazena-
mento celular.
3
32 Biologia Celular
incidência de luz nos comprimentos de onda de absorção dos fluorófo-
ros utilizados garante a emissão de fluorescência, fornecendo informa-
ções sobre a presença de estruturas ou moléculas específicas na célula.
A dispersão da luz causada pela passagem de cada célula é captura-
da por detectores, que podem ser fotodiodos ou fotomultiplicadores 4 . 
Esses dispositivos são capazes de converter a luz recebida em corrente 
elétrica (fotocorrente) e transmitem esse sinal para o sistema eletrôni-
co do citômetro de fluxo.
O sistema eletrônico funciona como o cérebro do sistema de ci-
tometria de fluxo; a corrente gerada é digitalizada e processada para 
análise por um conversor de análise analógico-digital. Os sinais digitais 
recebidos são, então, processados e analisados por softwares especí-
ficos, capazes de detalhar as características de cada célula avaliada. A 
Figura 2 apresenta a análise de uma população de picoplâncton 5 em 
uma amostra marinha em um citômetro de fluxo.
Enquanto os fotodiodos 
realizam a conversão da 
luz em eletricidade, os foto-
multiplicadores, formados 
por tubos de fotodiodos à 
vácuo, podem multiplicar a 
corrente elétrica produzida 
em cerca de 100 milhões 
de vezes.
4
Pequenos organismos 
planctônicos com dimen-
sões entre 0,2 e 2 µm.
5
Figura 2
Gráficos bidimensionais e histogramas de análise em citometria de fluxo
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Cl
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FicoeritrinaSide Scatter
Picoeucaryotes
PicoeucaryotesPicoeucaryotes
Synechococcus
SynechococcusSynechococcus
ProchlorococcusProchlorococcus
ProchlorococcusProchlorococcus
Prochlorococcus Synechococcus Picoeucaryotes
Clorofila Clorofila Clorofila
10
º
20
48
12
8 64
0 0 0
1 1 110 10 10100 100 1001000 1000 100010000 10000 10000
10
º
10º 10º
10
1
10
1
101 101
10
2
10
2
102 102
10
3
10
3
103 103
10
4
10
4
104 104
Tecnologias de análise celular 33
Na Figura 2, observa-se a emissão de fluorescência devido à presen-
ça de clorofila e ficoeritrina, dois pigmentos encontrados em células 
fotossintetizantes e que emitem fluorescência quando excitados em 
determinado comprimento de onda. Também foi avaliada, nesse es-
tudo, a SSC. O cruzamento de informações referentes à emissão de 
fluorescência (dos pigmentos fotossintetizantes) e à dispersão da luz 
permitiu identificar três grupos de picoplâncton distintos na amostra: 
dois gêneros de cianobactérias – prochlorococcus e synechococcus – e 
um grupo de picoplâncton eucarioto – Picoeucaryotes .
As aplicações da citometria de fluxo são as mais diversas, tendo 
grande utilidade no estudo de moléculas/marcadores de superfície ce-
lular ou intracelular, além do estudo da proliferação e do ciclo celular, 
tornando-se uma ferramenta essencial em estudos de patologias como 
o câncer e as imunodeficiências. Ademais, a possibilidade de acoplar sis-
temas de separação e coleta de células aos citômetros de fluxo permite 
a purificação e o estudo detalhado de determinadas espécies celulares.
O livro Citometria de fluxo: 
aplicações no laboratório 
clínico e de pesquisas 
apresenta a aplicabilidade 
desse sistema de análise 
celular em estudos com 
células humanas, animais 
e vegetais. Os autores tra-
zem experiências atuais 
de cientistas renomados 
de diversas universidades 
brasileiras, como Unicamp 
e Unifesp,e perspectivas 
de uso dessa técnica na 
oncologia, hematologia, 
imunologia, entre outras 
áreas clínicas.
SALES, M. M.; VASCONCELOS, D. M. 
São Paulo: Atheneu, 2013.
Livro
2.2 Microscopia 
Vídeo Um dos principais instrumentos para análise celular, o microscópio, 
teve um longo histórico de desenvolvimento até chegar à concepção 
conhecida atualmente. Estima-se que o primeiro instrumento rudi-
mentar de amplificação tenha sido utilizado há mais de 4 mil anos na 
China, consistindo em um tubo de água cujo nível variava de acordo 
com a magnificação desejada. De acordo com textos antigos, esse dis-
positivo seria capaz de amplificar em até 150 vezes o objeto observado, 
o que é extremamente notável, considerando que as primeiras lentes 
só seriam inventadas milhares de anos depois.
As primeiras descrições de uso de lentes curvas vêm da Grécia 
Antiga, cerca de 400 a.C., e indicam uma ampla aplicação em cirurgias 
e cauterização de ferimentos. O filósofo Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.) 
descreveu em seus tratados o funcionamento de um dispositivo que 
serviria para amplificar objetos pequenos com o uso de lentes. De fato, 
o nome microscópio vem do grego uikpos, que significa pequeno, e 
okottew, que significa visão.
As tentativas de se desenvolver um dispositivo de ampliação mais ela-
borado, entretanto, só começaram a ganhar força no final do século XIII, 
Compreender o funcio-
namento e as aplicações 
da microscopia óptica e 
eletrônica.
Objetivo de aprendizagem
magnificação: ampliação; 
aumento do tamanho.
Glossário
34 Biologia Celular
na Itália, com a criação dos óculos pelos inventores Salvano D’Aramento 
degli Amati e Alessandro della Spina, que desenvolveram suas pesqui-
sas de maneira independente, sem que tivessem conhecimento daquilo 
que o outro estava produzindo (MIKOS, 2014). Já no século XVI, estudos 
sobre o telescópio foram desenvolvidos na Inglaterra pelo matemático e 
astrônomo Thomas Digges (1546-1595) e, na Holanda, pelo fabricante de 
lentes Hans Lippershey (1572-1602).
Uma vantagem considerável, nessa época, foi a invenção da pren-
sa de impressão, o que possibilitava uma ampla divulgação das desco-
bertas dos pesquisadores. Foi dessa forma que o astrônomo e físico 
italiano, Galileu Galilei (1564-1642), entrou em contato com esses es-
tudos e desenvolveu o primeiro telescópio com dispositivo focalizador. 
Outro cientista que, motivado pelas descobertas no campo da óptica, 
decidiu desenvolver suas próprias pesquisas na área foi Isaac Newton 
(1643-1727), ele criou o telescópio reflexivo, substituindo as lentes por 
espelhos para a captação de luz (Figura 3).
Figura 3
Telescópio newtoniano
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Réplica do telescópio reflexivo criado por Isaac Newton.
Tecnologias de análise celular 35
Com a evolução do pensamento científico e as novas descobertas 
na física e na óptica experimental, tornou-se questão de tempo para 
que os dispositivos destinados à ampliação de objetos passassem a ser 
mais elaborados. De fato, Zaccharias Janssen (1580-1638), fabricante 
de lentes holandês, inventou o primeiro microscópio composto ao aco-
plar várias lentes em um tubo, aumentando a capacidade de magnifi-
cação (Figura 4).
Figura 4
Microscópio composto
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Réplica do microscópio composto desenvolvido por Zaccharias Janssen.
Em meados do século XVII, o inventor e pesquisador inglês, Robert 
Hooke (1635-1703), famoso por suas pesquisas em diversos campos 
como astronomia, química, física e biologia, passou a desenvolver pes-
quisas em microscopia. Em 1665, seus estudos resultaram na obra 
Micrographia (Figura 5), contendo 57 observações realizadas com um 
microscópio desenvolvido pelo próprio pesquisador. A obra impressio-
na pelos desenhos detalhados, abordando desde animais e plantas até 
materiais inertes, como a cortiça. Foi justamente observando esse ma-
terial que Hooke cunhou o termo célula ao se referir aos espaços vazios 
existentes na cortiça, que lembravam as celas de monges.
36 Biologia Celular
Figura 5
Obra Micrographia de Robert Hooke (1665)
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À esquerda, capa da obra de Robert Hooke. À direita, desenho de uma pulga observada pelo autor 
em seu microscópio e documentada na obra.
Contemporâneo a Hooke, Antonie Van Leeuwenhoek (1632-1723), 
comerciante de tecidos holandês e cientista, fez um trabalho experi-
mental com lentes, utilizando-as para visualizar os tecidos com que tra-
balhava. Seus experimentos resultaram em um microscópio simples, 
com uma lente convexa presa a um suporte de metal e com capaci-
dade de magnificação de 500 vezes. A amostra era vista por meio de 
uma abertura do outro lado do microscópio, e o foco era obtido com 
o auxílio de um parafuso. Com esse dispositivo, Leeuwenhoek conse-
guiu observar vários materiais de origens diversas, sendo um dos mais 
notórios uma amostra de água de lago, em que o pesquisador obser-
vou organismos muito pequenos se locomovendo. Esses organismos, 
nomeados na época como animálculos, eram, na verdade, bactérias, 
e, por essas descobertas, Antonie Van Leeuwenhoek é considerado o 
fundador da microbiologia experimental.
Dispositivos e técnicas microscópicas continuaram a evoluir nos 
anos seguintes e aproximadamente em 1730 Chester Hall (1703-1771) 
inventou as primeiras lentes acromáticas, isto é, capazes de limitar as 
aberrações cromáticas 6 . Para isso, o cientista utilizou uma segunda 
lente de diferente formato e com propriedades refratárias, realinhando 
as cores com mínimo impacto na magnificação da primeira lente.
Fenômeno de distorção 
das cores que resulta em 
uma imagem borrada 
devido à focalização dis-
tinta da luz em diferentes 
comprimentos de onda.
6
Tecnologias de análise celular 37
Já em 1830, Joseph Jackson Lister (1786-1869) resolveu o proble-
ma da aberração esférica 7 , posicionando lentes a distâncias preci-
sas umas das outras. Seus estudos trouxeram mais rigor científico 
ao desenvolvimento do microscópio, e o pesquisador foi o primeiro 
a descrever a forma das hemácias no sangue de mamíferos.
Também fazendo uso do método científico, o inventor alemão, 
Carl Zeiss (1816-1888), juntamente com o físico também alemão 
Ernst Karl Abbe (1840-1905), desenvolveu e comercializou lentes e 
objetivas cujo design era totalmente fundamentado na física ópti-
ca, e não mais em tentativas e erros da óptica experimental. Além 
disso, Abbe criou um condensador responsável por controlar o 
foco e a incidência de luz sobre a amostra, enquanto August Köller 
(1866-1948), também pesquisador membro da equipe de Zeiss, de-
senvolveu um método de iluminação para otimizar a fotomicrogra-
fia. A partir daí houve um notável e crescente desenvolvimento das 
técnicas microscópicas, agora fundamentadas em leis e cálculos 
físicos e matemáticos. Como resultado, foi possível a comercializa-
ção dos primeiros microscópios, além do desenvolvimento de téc-
nicas inovadoras, por exemplo, o microscópio de contraste de fase 
e a microscopia eletrônica.
2.2.1 Microscopia óptica
Os primeiros microscópios tiveram como princípio o uso da luz 
visível como fonte de iluminação das amostras. Essa técnica foi 
aperfeiçoada ao longo dos anos e ainda hoje é essencial nas pes-
quisas celulares.
A microscopia óptica, como é conhecida a técnica, utiliza a fonte 
de iluminação e um sistema de lentes – as quais podem variar em 
número e configuração – para produzir uma imagem amplificada 
da amostra de interesse. De modo geral, existem duas configura-
ções básicas de microscópio óptico: simples e composto.
O microscópio óptico simples faz uso de uma única lente ou um 
conjunto de lentes para magnificação. Seu funcionamento é similaraos dispositivos simples de ampliação, como as lupas e as oculares 
de telescópios. A Figura 6 apresenta uma representação esquemá-
tica do funcionamento de um microscópio de configuração simples.
Diferença de refração 
entre os raios inciden-
tes na borda da lente e 
aqueles que incidem no 
eixo óptico, gerando uma 
imagem circular.
7
Figura 6
Princípio de funcionamento 
do microscópio simples
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yn
 M
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W
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 C
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s
Lentes
Objeto
Imagem
38 Biologia Celular
O microscópio composto, por sua vez, utiliza mais de um sistema 
de lentes e tem a capacidade de gerar uma maior ampliação da amos-
tra. Uma lente, ou um conjunto de lentes, denominada objetiva, encon-
tra-se próxima do objeto e é responsável por coletar a luz transmitida 
produzindo uma imagem real 8 dentro do microscópio. Um segundo 
grupo de lentes – oculares – fornece ao observador uma imagem vir-
tual aumentada do objeto. A combinação de lentes objetivas e oculares 
propicia uma magnificação superior àquela produzida em um micros-
cópio de configuração simples. A Figura 7 apresenta um esquema do 
princípio de funcionamento do microscópio composto.
Para formar a imagem que o observador enxerga em um mi-
croscópio composto, a luz da lâmpada passa pelo condensador e 
através do objeto (espécime), que deve ser um meio absorvedor 
de luz. Parte da luz passa ao redor e através do espécime sem 
desviar seu caminho; parte dela, entretanto, é desviada quando 
incide sobre alguns elementos desse objeto, esse fenômeno é 
conhecido como difração.
Assim, um feixe de ondas luminosas que incide e penetra 
no material é dividido em diversos outros feixes com inten-
sidades e ângulos de propagação distintos. Esses feixes di-
fratados são responsáveis por gerar a imagem formada pelo 
sistema de lentes objetivas. Quando presente, as lentes ocu-
lares magnificam a imagem, que é, então, projetada na retina 
em um filme fotográfico ou na superfície de um chip de com-
putador (DAVIDSON; ABRAMOWITZ, 2002). A Figura 8 repre-
senta um esquema dos principais elementos e uma imagem 
de um microscópio óptico composto.
Imagens reais são aquelas 
formadas pelo cruza-
mento dos raios de luz e 
encontram-se invertidas 
em relação ao objeto. 
Imagens virtuais são for-
madas pelo espalhamen-
to da luz e apresentam 
a mesma orientação do 
objeto observado.
8
Figura 7
Princípio de funcionamento 
do microscópio composto
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Imagem 1
Imagem 2
Objeto
Lentes 
oculares
Lentes Lentes 
objetivasobjetivas
kwanchai.c/Shutterstock
À esquerda, imagem 
de um microscópio 
óptico composto. À 
direita, representação 
esquemática dos 
seus elementos 
constituintes.
Figura 8
Microscópio 
óptico composto
Roman Bykhalov/ 
Shutterstock
Ocular
Tubo da ocular
Ajuste macrométrico Porta-objetivas/ 
revólver
Objetiva de alta ampliação
Braço
Ajuste 
micrométrico
Objetiva de baixa ampliação
Presilha
Platina
Base
Condensador
Diafragma
Iluminação
Tecnologias de análise celular 39
Com a evolução tecnológica e objetivando contemplar as ne-
cessidades de pesquisas celulares específicas, foram desenvolvidos 
diferentes tipos de microscópios ópticos. Esses sistemas podem 
apresentar modificações na configuração, como o estereomicros-
cópio – que visa a menores magnificações e faz uso da luz refletida 
diretamente sobre o objeto, e não através dele; e o microscópio 
invertido, que apresenta a fonte de iluminação e o condensador no 
topo do sistema e é útil para visualizar culturas celulares.
Podem, ainda, apresentar um sistema de iluminação diferen-
ciado, como é o caso do microscópio de contraste de fase – que 
manipula a luz de modo diferencial, produzindo variações de bri-
lho melhorando a observação de alguns espécimes; o microscópio 
de fluorescência – que utiliza fluoróforos e emite fluorescência no 
lugar da difração de luz visível; e o microscópio confocal – que 
usa a fluorescência associada à varredura do espécime por laser, 
produzindo imagens em corte que serão, depois, agrupadas em 
alta resolução.
2.2.2 Microscopia eletrônica
Comumente, um microscópio óptico composto apresenta uma 
magnificação máxima de aproximadamente 1000 vezes, que é a 
ampliação fornecida pela lente objetiva (máximo de 100 vezes) 
multiplicada pela ampliação da lente ocular (em geral, 10 vezes). 
Essa limitação se deve às propriedades da luz visível, utilizada como 
fonte de iluminação nesses sistemas. Com esse aumento máximo, 
fica bastante difícil visualizar detalhes celulares, ou estruturas bem 
pequenas, como vírus e macromoléculas. Para sanar essas dificul-
dades e permitir o estudo de materiais na faixa dos nanômetros, 
foram desenvolvidos os microscópios eletrônicos.
Microscópios eletrônicos são sistemas que permitem a obten-
ção de imagens biológicas detalhadas e de estruturas que necessi-
tam de uma maior ampliação. Sua alta resolução se deve ao uso de 
feixe de elétrons como fonte de iluminação no lugar da luz visível 
utilizada pelos microscópios ópticos. De modo geral, dividem-se 
em dois tipos: microscopia eletrônica de transmissão (MET) e mi-
croscopia eletrônica de varredura (MEV).
40 Biologia Celular
A microscopia eletrônica de transmissão (MET) é indicada para 
visualizar espécimes em corte, como seções ultrafinas (100 nm 9 ) de 
tecidos, órgãos ou células. Com essa espessura, torna-se possível a 
passagem dos elétrons através da amostra, gerando uma imagem pro-
jetada da estrutura de interesse.
A geração de imagens na MET é similar àquela da microscopia óptica, 
substituindo a luz visível pelo feixe de elétrons incidente. Devido ao menor 
comprimento de onda dos elétrons – chamado de comprimento de onda de 
Broglie, de acordo com a teoria de Louis de Broglie (1892-1987) –, a MET é 
capaz de fornecer uma resolução bastante superior àquela atingida pelos 
microscópios ópticos. A Figura 9 demonstra os principais componentes 
em um sistema de MET e a imagem do primeiro microscópio eletrônico 
de transmissão, que atualmente é mantido em exposição no Deutsches 
Museum, em Munique, na Alemanha.
Nanômetro
9
Figura 9
Microscópio eletrônico de transmissão
À esquerda, primeiro microscópio eletrônico de transmissão, em exposição no Deutsches Museum, na Alemanha. À direita, 
representação dos principais componentes na MET.
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Canhão de elétrons
Abertura do condensador
Porta de amostras
Abertura das 
objetivas
Lentes objetivas
Lentes de difraçãoAbertura das lentes 
intermediárias
Visor
Lentes intermediárias
Lentes do projetor
 Tela fluorescente
Sistema de gravação 
de imagens
Tecnologias de análise celular 41
Em um microscópio eletrônico de transmissão, a fonte de elétrons 
está localizada no topo do sistema e é formada comumente por um 
filamento de tungstênio ou por um cristal de hexaboreto de lantânio, 
compostos estáveis e com elevada emissividade de elétrons. Essa fon-
te, ou canhão, de elétrons está ligada a uma fonte elétrica de alta vol-
tagem que produz uma corrente elétrica suficiente para emissão dos 
elétrons no vácuo. Essa emissão pode decorrer do aumento da tempe-
ratura (emissão termoiônica) ou pela indução de um campo eletrostáti-
co (emissão de elétrons por campo).
Após sua emissão pelo canhão, os elétrons são acelerados por uma 
série de placas eletrostáticas até atingirem o condensador, que focará 
e ajustará o tamanho e a localização do feixe de elétrons sobre a amos-
tra. Diferentemente do sistema óptico, as lentes, na MET, são magnéti-
cas, formadas por um solenoide 10 e seu respectivo campo magnético. 
Isso permite um ajuste de foco muito mais rápido quando comparado 
aos microscópios ópticos, além de flexibilidade para ajustar o feixe de 
elétrons de acordo com a necessidade de análise. A Figura 10 apresen-
ta uma imagem de MET de uma célula nervosa, evidenciando algumas 
das estruturas que constituem um neurônio (célula de Schwann, axô-
nio e bainha de mielina). A célulaobservada encontra-se fixada e em 
corte ultrafino para permitir a passagem do feixe de elétrons e poste-
rior revelação da imagem.
Figura 10
Neurônio visualizado sob MET
Jo
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Ca
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Célula de Schwann em corte (centro) circundada por fibras nervosas (axônio) e fibras 
da bainha de mielina.
Conjunto de fios conduto-
res enrolados em espirais 
circulares e atua como um 
eletroímã na presença de 
corrente elétrica, produzin-
do um campo magnético 
constante.
10
42 Biologia Celular
Comumente, existem três sistemas de lentes na MET: as lentes do 
condensador, as lentes objetivas e as lentes do projetor. O condensa-
dor forma o feixe primário de elétrons, enquanto as lentes objetivas 
focam o feixe que passa através da amostra. As lentes do projetor 
servem para expandir o feixe e o dispositivo de imagem. Como não 
é possível que enxerguemos as emissões eletrônicas, a imagem final 
deve ser projetada em um anteparo tratado com material fluorescente 
que é revelado com a incidência dos elétrons, ou sobre uma placa foto-
gráfica, que registra a imagem permanentemente.
O sistema de MET inclui, ainda, algumas aberturas que auxiliam o 
foco e reduzem as aberrações ópticas; defletores que auxiliam o ajuste 
do ângulo do feixe de elétrons; e estigmatizadores que compensam 
imperfeições ópticas que causam astigmatismo, isto é, quando a lente 
apresenta foco em diferentes direções, causando distorção da imagem.
A microscopia eletrônica de varredura (MEV) se baseia na emissão 
de elétrons secundários por meio da superfície da amostra. Esse siste-
ma tem como objetivo formar uma imagem tridimensional do objeto 
observado, similar ao estereomicroscópio, mas com uma resolução e 
magnificação bastante elevadas.
Um sistema de MEV apresenta profundidade de foco e capacidade 
de visualização de superfícies e organismos inteiros, o que não é pos-
sível na MET. A Figura 11 apresenta uma imagem de grãos de pólen 
obtida por meio de um sistema de MEV.
Figura 11
Grãos de pólen observados sob MEV
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Certificado pelo Guiness 
como o menor filme do 
mundo, Um menino e seu 
átomo foi desenvolvido 
pelo laboratório de pes-
quisas da IBM, com base 
na incrível manipulação 
atômica. Utilizando uma 
agulha ultrafina e um mi-
croscópio de corrente de 
tunelamento, que permite 
a obtenção de imagens a 
nível atômico, os pesqui-
sadores fizeram o uso de 
centenas de átomos para 
dar origem à animação 
de apenas um minuto, 
rompendo as barreiras da 
capacidade microscópica 
de magnificação e mani-
pulação da matéria.
Direção: Nico Casavecchia. Estados 
Unidos: IBM, 2013.
Vídeo
Tecnologias de análise celular 43
A imagem é formada pelo escaneamento – daí o termo varredu-
ra – da superfície da amostra por um feixe de elétrons. A interação 
desse feixe de elétrons primário com a amostra causa a emissão de 
partículas – elétrons secundários, elétrons retroespalhados, fótons ou 
raios X – que são coletadas por detectores e convertidas em pontos 
luminosos em um tubo de raio catódico 11 , formando uma imagem 
magnificada da amostra. A Figura 12 apresenta os elementos e a 
imagem do primeiro sistema de MEV, desenvolvido por Manfred von 
Ardenne (1907-1997) em 1937.
Figura 12
Microscópio eletrônico de varredura
À direita, primeiro microscópio eletrônico de varredura, desenvolvido em 1937. À esquerda, representação esquemática do 
sistema e principais elementos de um MEV.
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Canhão de 
elétrons
Primeiras 
lentes do 
condensador
Segundas 
lentes do 
condensador
Abertura spray
Bobinas 
de deflexão
Abertura final 
de lentes
Detector de elétrons 
retroespalhados
Amostra
Bomba de vácuo
Detector de elétrons 
secundários
Lentes 
objetivas
Detector 
de raios X
Feixe de 
elétrons
Em relação à microscopia óptica, as principais vantagens da MEV 
são sua alta resolução, permitindo a visualização de estruturas com 
até 2 nm de diâmetro; sua elevada profundidade de campo, o que 
possibilita a magnificação em alta resolução de superfícies; e a fle-
xibilidade de ângulos de visualização, que podem ser alterados fa-
cilmente, permitindo uma observação tridimensional completa da 
amostra. As desvantagens incluem a necessidade de alto vácuo, a 
destruição da amostra pelos feixes de elétrons, a interferência cau-
sada pela presença de íons na amostra e o elevado custo de aquisi-
ção e manutenção do equipamento.
Dispositivo capaz de 
gerar imagens por meio 
da incidência de um feixe 
de elétrons.
11
44 Biologia Celular
2.3 Identificação de marcadores 
celulares por imunocitoquímica Vídeo
Além das técnicas microscópicas, várias técnicas inovadoras de in-
vestigação celular foram desenvolvidas nas últimas décadas, auxilian-
do importantes descobertas científicas e contribuindo para a evolução 
de sistemas de diagnóstico e tratamento de patologias. Entre estas, 
destaca-se a imunocitoquímica, que tem atuado como uma excelente 
ferramenta de diagnóstico e análise celular.
Imunocitoquímica é a técnica que faz o uso de anticorpos para ve-
rificar a presença de certos marcadores, ou antígenos 12 , na superfície 
das células. Dessa forma, é possível detectar determinados tipos celu-
lares ou características que diferenciam uma linhagem celular das de-
mais, o que é bastante útil em estudos de células cancerígenas ou com 
algum tipo de mutação, por exemplo.
O anticorpo utilizado nos ensaios de imunocitoquímica deve estar 
ligado – direta ou indiretamente – a uma molécula repórter, como um 
fluoróforo ou uma enzima. Dessa forma, se o anticorpo se ligar à mo-
lécula alvo na célula, a molécula repórter emitirá um sinal, seja pela 
emissão de fluorescência quando o fluoróforo for excitado em deter-
minado comprimento de onda, seja pela reação da enzima com algum 
substrato adicionado no ensaio. A Figura 13 apresenta uma fotomicro-
grafia de neurônios observados sob microscopia de fluorescência após 
a utilização da técnica de imunocitoquímica.
Figura 13
Neurônios observados 
sob microscopia de 
fluorescência
Sw
ha
rd
en
/W
ik
im
ed
ia
 C
om
m
on
s
Com o uso da técnica 
da imunocitoquímica, 
é possível observar os 
axônios em verde pela 
marcação da proteína 
tirosina hidroxilase 
presente nessas 
estruturas.
Molécula que ativa a 
reação imunológica e a 
subsequente produção de 
anticorpos em um organis-
mo. Em imunocitoquímica, 
refere-se à molécula que é 
reconhecida pelo anticorpo 
primário no imunoensaio.
12
Conhecer as técnicas 
imunocitoquímicas de 
identificação e caracteri-
zação celular.
Objetivo de aprendizagem
Tecnologias de análise celular 45
A imunocitoquímica destina-se ao estudo de células em cultura ou 
células individuais isoladas com base em tecidos ou órgãos. De manei-
ra geral, os ensaios seguem três etapas. A primeira etapa refere-se à 
fixação das células em um suporte, comumente uma lâmina ou placa 
de petri 13 de vidro. Em alguns casos torna-se necessária a incubação 
das células sob temperatura controlada por algum período, podendo 
chegar até 24 horas, para aumento da aderência no suporte.
A segunda etapa é de imunocoloração, isto é, de adição e ligação do 
anticorpo à molécula alvo se ela estiver presente nas células aderidas 
no suporte. Essa etapa envolve a fixação das células para preservação 
da proteína ou estrutura que se deseja visualizar; a permeabilização da 
membrana plasmática com o uso de detergentes ou solventes para 
permitir a entrada dos anticorpos no interior celular; e a incubação 
para promoção da ligação entre anticorpos e moléculas alvo (antígeno). 
Após a incubação, as amostras são lavadas para remoção de anticor-
pos não ligantes.
A terceira e última etapa da imunocitoquímica envolve a revelação 
do repórter e a visualização das células por microscopia (no caso de a 
molécula repórter ser um fluoróforo),