Biologia para Ciências Ambientais Unidade V

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Biologia para Ciências 
Ambientais
Divisão e diferenciação celular
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof Dr Carlos Eduardo de Oliveira Garcia
Revisão Textual:
Prof. Ms. Luciano Vieira Francisco
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•	Introdução
•	Divisão celular: mitose
•	Interfase
•	O processo da diferenciação celular
•	Divisão celular: meiose
•	O que são células-tronco?
•	Tecidos
Como método de estudo, você deverá ler o conteúdo de cada um dos itens acima, na 
sequência as atividades de fixação dos conteúdos (atividade de sistematização) e as atividades 
de interação (fórum de discussão).
Explore todos os recursos do Blackboard. Não acumule dúvidas, participe, pergunte! 
Nesta Unidade daremos continuidade às informações que 
lhe ajudarão no entendimento de uma Ciência desafiadora e 
básica, a Biologia. Abordaremos os conhecimentos científicos 
que envolvem o ciclo celular, a divisão e diferenciação celular, 
a organização celular em tecidos e como exemplo a ação do 
sistema imunológico e suas principais células.
Divisão e diferenciação celular
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Unidade: Divisão e diferenciação celular
Contextualização
Ao avançar do século XXI a implantação de processos sustentáveis em nossa sociedade 
tornou-se uma medida imprescindível e urgente. Os avanços tecnológicos aliados aos novos 
conhecimentos dos processos da área biológica visam minimizar os efeitos do crescimento 
acelerado da população, garantir a oferta de alimentos, diminuir o grau de poluição gerado e 
assegurar a manutenção da qualidade ambiental.
Há provas de que determinadas substâncias promovem alterações genéticas que afetam o 
controle da divisão celular, levando a célula a crescer e se multiplicar sem necessidade e controle. 
A perda desse controle na divisão celular pode promover o desenvolvimento de tumores (câncer) 
benignos ou malignos. 
Nesse sentido, é fundamental entender quais são os fatores ambientais e como esses podem 
exercer influência no controle da divisão celular, seja na fase de crescimento ou reprodutiva 
(formação de gametas) dos seres vivos.
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Introdução
Em nossa conversa na Unidade anterior você estudou como é o metabolismo energético 
e como as células obedecem a um ciclo celular, a interfase – período que se observa a 
atividade celular e multiplicação das organelas intracelulares – e outro período durante o 
qual a célula promove a sua divisão; seja para formar gametas com metade do número de 
cromossomos por meiose, ou para a multiplicação celular, mantendo o mesmo número de 
cromossomos por mitose. 
As células de um organismo multicelular são expostas a diferentes sinais ambientais e 
químicos. A combinação desses sinais é específica para cada tipo celular, e alguns desses levam 
a processos de proliferação e diferenciação. 
Nas próprias células encontramos mecanismos de controle para regular os processos de 
proliferação, diferenciação, crescimento e divisão. O número de células presentes em um 
organismo é bem regulado pela ação conjunta dos processos de proliferação e de morte celular.
As células podem morrer acidentalmente ou por uma morte programada. Os processos de 
morte não acidental ou programada são promovidos e regulados por proteínas sintetizadas pela 
própria célula que morrerá. Esse processo pode ocorrer em resposta a diversos sinais ambientais 
e é detectado, regulado e ativado por um complexo sistema molecular. 
A morte celular programada é um processo celular ativo e ocorre em resposta a fatores 
ambientais ou a danos fisiológicos detectados pela célula.
Os grandes eventos do ciclo celular são o crescimento celular, a duplicação do DNA, a 
distribuição dos cromossomos duplicados e a divisão celular.
As condições para que a célula entre na fase de divisão celular são organizadas durante a 
interfase, de modo que quase toda a informação hereditária do organismo – seu DNA (genoma) 
– está dentro de um compartimento celular, o núcleo. O núcleo é o maior compartimento, 
ocupando em média 10% do volume total da célula. 
A frequência das divisões das células varia com o tipo de célula e o seu estado fisiológico. No 
desenvolvimento embrionário da maioria dos animais, principalmente na fase de segmentação 
ou clivagem, as divisões celulares se dão em um ritmo mais acelerado, há pouco crescimento 
das novas células que futuramente entrarão no processo de diferenciação, formação do embrião 
e, consequentemente, de um novo indivíduo.
Por outro lado, as células musculares e células nervosas possuem uma taxa de renovação e 
uma frequência de divisão celular baixa.
Há mecanismos sinalizadores, como as sustâncias denominadas fatores de crescimento celular, 
que controlam ou regulam o ciclo celular em pontos específicos, genericamente denominados de 
pontos de checagem, que garantem a coordenação do processo. Por exemplo, esses mecanismos 
são importantes para garantir que a célula apenas comece a se dividir após ter completado a 
duplicação do DNA e, consequentemente, dos cromossomos.
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Unidade: Divisão e diferenciação celular
Interfase
Como já visto, a interfase pode ser dividida em três fases: “G1”, “S” e “G2”. 
Figura 1 – Representação da célula e núcleo 
celular na interfase com a duplicação de DNA 
e condensação formando o cromossomo.
Durante a interfase, especificamente na 
fase “S” o DNA é condensado e duplicado, de 
modo que os cromossomos adquirem uma nova 
configuração (Figura 1). Esse é um dos principais 
eventos para que ocorra a distribuição do 
material genético entre as células-filhas ao longo 
da divisão celular, seja a mitose ou a meiose.
Ao longo do período “S” da interfase a 
molécula de DNA que possui duas fitas passa pelo 
processo da duplicação semiconservativa, onde 
uma fita do DNA é conservada e serve como 
molde à síntese da outra, sempre respeitando o 
pareamento das bases nitrogenadas (adenina-
timina, citosina-guanina) para a produção de 
novas moléculas de DNA (Figura2).
Figura 2 – Duplicação 
semiconservativa do 
DNA, onde cada uma 
das moléculas recém-
formadas conserva uma 
das cadeias da molécula-
mãe e produz uma nova 
cadeia complementar AA 
que lhe serviu de molde.
 A nova célula herdará todas as sequências do DNA da célula-mãe, ou seja, todos os genes 
que controlam a síntese de proteínas e as atividades celulares.
 
Divisão celular: meiose
A meiose é um tipo especial de divisão celular, onde uma célula passa por apenas uma fase 
de duplicação do DNA e duas fases de divisão celular. Em consequência desse processo, o 
número de cromossomos nas células-filhas é reduzido à metade do número de cromossomos 
originalmente presentes na célula-mãe. 
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Figura 3 – Cariótipo humano. Representação 
do número total de cromossomos de 
uma célula somática. Os cromossomos 
apresentam-se aos pares.
Quanto ao número de cromossomos, pode-se 
classificar as células em diploides e haploides. 
Nas células diploides os cromossomos se 
apresentam aos pares. Essas formarão os tecidos 
que constituem o corpo do indivíduo e são 
conhecidas como células somáticas.
Cada célula diploide tem um grupo de 
cromossomos de origem paterna e outro grupo de 
cromossomos de origem materna.
As células haploides apresentam somente um dos cromossomos que formam os pares na 
célula diploide. Pode-se dizer que essas células são especiais e constituem os gametas ou células 
sexuais que caracterizam a reprodução sexuada. Por exemplo: no núcleo de uma célula somática 
diploide como a do fígado humano são encontrados 23 pares de cromossomos, ou seja, 46 
cromossomos. Nas células haploides como o espermatozoide e óvulo humano (células sexuais 
masculina e feminina, respectivamente) são encontrados 23 cromossomos.
Figura 4 – Espermatozoides 
aderidos ao óvulo na 
espécie humana.
As células haploides(Figura 4) são originadas pela divisão celular meiose.
A meiose consisteem duas divisões celulares sucessivas com uma 
célula diploide e uma única duplicação do DNA na interfase. Esse 
tipo de divisão celular visa à formação de gametas, células haploides, 
visto que ocorre uma redução no número de cromossomos das 
células-filhas. É na meiose que ocorrem fenômenos relacionados ao 
aumento ou variabilidade genética dos gametas.
Somente para fins didáticos, fracionaremos a divisão celular 
em fases, mas lembre-se que a divisão celular é um processo do 
organismo dos seres vivos que ocorre nas células das gônadas 
(ovários e testículos), manifestando-se de forma contínua em 
determinadas fases da vida de indivíduos adultos.
Assim, a meiose será dividida em duas fases: a primeira denominada meiose I ou fase 
reducional, pois durante esse processo os cromossomos homólogos serão separados na fase de 
anáfase I e esse fenômeno determinará a redução no número de cromossomos nas células-filhas. 
A seguir você será apresentado(a) às fases da meiose de forma resumida em uma representação 
celular com um número diploide de quatro cromossomos.
Quanto às fases da Meiose I:
•	 Prófase	I	– é uma fase complexa e de longa duração. Para efeito de estudo, é divida em 
cinco estágios: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese;
 » Leptóteno	– os cromossomos, devido à espiralização, ficam visíveis. 
Apesar de duplicados desde a interfase, aparecem ainda como 
filamentos simples, bem individualizados;
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Unidade: Divisão e diferenciação celular
 » Zigóteno	– os cromossomos homólogos se atraem e há o pareamento 
dos cromossomos homólogos; 
 
 » Paquíteno	–	cada cromossomo aparece com a duplicação do DNA bem 
evidente, os dois homólogos pareados mostram, então, quatro filamentos, 
cujo conjunto é chamado de tétrade ou bivalente;
 » Diplóteno – nesta fase ocorre o crossing-over ou permuta. Há rupturas 
em segmentos de determinadas regiões nos cromossomos homólogos; 
em seguida, os pedaços quebrados soldam-se e recolocam-se em posições 
trocadas, promovendo a troca de segmentos de DNA em cromossomos 
homólogos. O crossing-over aumenta a variabilidade genética das células 
formadas. Os homólogos se afastam, permanecendo em contato em alguns 
pontos, chamados quiasmas. Os quiasmas representam as regiões em que 
houve a troca de pedaços;
 
 » Diacinese – os pares de homólogos estão praticamente separados. Os 
quiasmas “deslizam” para as extremidades dos cromossomos. Aumenta ainda 
mais a condensação dos cromossomos;
 •	 Metáfase	 I	 – a membrana nuclear desaparece. As fibras do fuso já 
estão formadas desde a prófase I. Os pares de cromossomos homólogos se 
organizam no plano equatorial da célula (centro da célula). Os centrômeros 
dos cromossomos homólogos se ligam a fibras que emergem de centríolos 
opostos. Assim, cada componente do par será puxado em direções opostas;
•	Anáfase	I	–	não ocorre divisão dos centrômeros; cada componente 
do par de homólogos migra em direção a um dos polos, por 
encurtamento das fibras do fuso;
 •	Telófase	I	– a membrana nuclear se reorganiza; os cromossomos 
se descondensam. O citoplasma sofre divisão, formando duas células 
com a metade do número de cromossomos.
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Representaremos 
uma única célula 
para identifica
r as 
fases da meiose II.
No processo da segunda divisão da meiose ocorre a quebra 
dos cromossomos que ainda estão com o DNA duplicado e a 
formação das células haploides. A quebra dos cromossomos 
com o ajuste final na quantidade de DNA ocorre na fase 
denominada anáfase II. 
Também dividiremos a segunda fase da meiose para melhor 
entender o processo de divisão celular em:
•	 Prófase	 II	–	é mais rápida e corresponde ao período de desintegração da membrana 
nuclear e formação do aparato à condução dos cromossomos ao longo da divisão;
 •	Metáfase	II	– os cromossomos ainda estão constituídos por duas 
cromátides, cada um como reflexo da duplicação do DNA alinham-
se no centro celular;
 •	Anáfase	II	– é quando os centrômeros se dividem e ocorre a separação 
das cromátides dos cromossomos, cada qual levando um cromossomo-
filho para um polo;
•	 Telófase	 II	 –	 nos polos, os cromossomos começam a descondensação, a membrana 
nuclear se organiza e o nucléolo reaparece. O processo termina com a formação de quatro 
células-filhas, cada uma com a metade do número de cromossomos.
Além de a meiose formar células haploides, essa é importante por promover variabilidade 
genética nas novas células.
Figura 15 – Representação gráfica apresentando as fases da divisão celular meiose.
 
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Unidade: Divisão e diferenciação celular
Divisão celular: mitose
A mitose diz respeito ao processo de divisão nuclear, originando duas células-filhas iguais à 
célula inicial quanto à qualidade e quantidade de material genético existente. 
Esse tipo de divisão celular é particularmente importante para a reposição de células perdidas 
no processo de cicatrização e ainda na reprodução assexuada de alguns organismos. Considera-
se o processo de mitose pelas seguintes quatro subfases: prófase, metáfase, anáfase e telófase, 
assim especificadas:
•	 Prófase	–	de modo geral, é o processo mais longo da mitose. Durante a prófase ocorrem 
mudanças no núcleo e no citoplasma como a condensação cromossômica, os filamentos 
de cromatina se enrolam, tornando-se cada vez mais grossos, curtos, espessos e coráveis. 
Os dois pares de centríolos atingem os polos, a membrana nuclear fragmenta-se e os 
nucléolos desaparecem;
•	 Metáfase	 –	 os cromossomos atingem seu máximo encurtamento devido à forte 
condensação. Os cromossomos se dispõem com os centrômeros no plano equatorial, 
formando a placa equatorial;
•	 Anáfase	 – ocorre o rompimento de cada um dos centrômeros, separando-se as duas 
cromátides que passam a constituir dois cromossomos. As fibrilas ligadas a esses encurtam-
se e tais cromossomos começam a se afastar, migrando para polos opostos. No final da 
anáfase, os dois polos da célula têm coleções completas e equivalentes de cromossomos 
e, portanto, de DNA;
•	 Telófase	– o envoltório nuclear se reorganiza; as outras organelas que se fragmentaram 
se recompõem (retículo endoplasmático, sistema golgiense) e as que se duplicaram 
(mitocôndrias, ribossomos) são distribuídas ao acaso.
Figura 16 – Representação gráfica apresentando as fases da divisão celular mitose.
 
Fonte: adaptado de Alberts (et al., [2011]).
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O processo da diferenciação celular
Pode-se considerar que o princípio do ciclo da vida se dá a partir de um óvulo fecundado 
por um espermatozoide, formando a primeira célula; o zigoto. No início do desenvolvimento 
as células se multiplicam, de modo que essa primeira célula começa a se dividir por mitoses 
sucessivas em duas, quatro, oito e assim por diante. 
Daí a pergunta: Como ocorre o processo de diferenciação celular – o que faz com que o zigoto, 
uma célula capaz de originar qualquer tecido do organismo, dê origem às células especializadas 
que formam o indivíduo e são capazes de executar tarefas tão específicas no organismo?
As células mantêm o mesmo material genético da primeira célula (zigoto), ocorre que a 
ativação e inibição de grupos específicos de genes do material genético determinarão um grupo 
de proteínas específicas que, por sua vez, definirão a função de cada célula. Durante o processo 
de diferenciação alguns genes são bloqueados e outros ativos, processo que parece ser específico 
para cada tipo celular.
Dessa forma, as investigações científicas precisam ser aprofundadas para esclarecer uma 
série de questões, tais como: Quando e qual é o comando ou mecanismo predominante para 
que as células se diferenciem em células do fígado, do osso, do sistema nervoso, ou sangue? 
Há imensurável espaço para o avanço da Ciência nessas questões. Por hora o que sabemos 
com certeza é que, conforme o embrião vai crescendo, ascélulas passam pelo processo de 
diferenciação para originar os diversos tipos celulares que formarão os tecidos. Uma vez 
diferenciada, todas as células-filhas têm as mesmas características, de modo que células do osso 
só originarão células do osso, células do fígado originarão células do fígado e assim por diante. 
O que são células-tronco?
As células-tronco são células não especializadas, capazes de renovar-se continuamente. Explicado 
de outra forma, uma célula-tronco é capaz de se dividir, originando novas células-tronco, seja em 
uma via de proliferação (novas divisões), ou progressiva diferenciação, dando origem aos tipos 
celulares que compõem o indivíduo (células cardíacas, pancreáticas, sanguíneas, neurônios etc.).
As células-tronco podem ser encontradas nos embriões – por isso são denominadas células-
tronco embrionárias –, que conservam a capacidade de proliferação por tempo indefinido e são 
capazes de manter seu potencial de diferenciar-se – ou não – em qualquer um dos tipos celulares 
que compõem um indivíduo.
Há também células-tronco nos indivíduos adultos capazes de, sob estímulos específicos, entrar 
em divisão, gerando novas células-tronco ou células precursoras específicas, que prosseguirão se 
dividindo e se diferenciando. Entretanto, as opções para a diferenciação dessas Células-Tronco 
do Adulto (CTA) são menores que nas células-tronco embrionárias.
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Unidade: Divisão e diferenciação celular
Tecidos
É o conjunto de células com características morfológicas semelhantes, especializadas no 
desenvolvimento de determinadas funções.
Há quatro tipos fundamentais de tecidos nos vertebrados, os quais:
•	 Tecido	epitelial	 – formado por células que revestem superfícies, cavidades corporais 
ou formam glândulas. Nesse tipo de tecido as células epiteliais encontram-se organizadas 
próximas umas das outras, células justapostas denominadas de epitélios de revestimento 
de superfícies, como a epiderme da pele, ou do revestimento do intestino e ductos, 
separando o meio interno do meio externo. Esse tipo de tecido também aparece como 
unidades funcionais das glândulas;
•	 Tecido	 conjuntivo	 – constituído por células e abundante matriz extracelular, com as 
funções de preenchimento, sustentação, conexão, proteção.
Morfologicamente apresenta grande quantidade de material extracelular (matriz), 
constituída por uma parte não estrutural, denominada substância estrutural amorfa 
e por outra porção fibrosa. A substância amorfa é formada principalmente por água, 
polissacarídeos e proteínas. Pode assumir consistência rígida, como no tecido ósseo, ou 
mais líquida como é o caso do plasma sanguíneo, para citar alguns exemplos.
Dependendo do tipo de tecido conjuntivo há a presença de fibras de natureza proteica que 
se distribuem conforme o tecido, destacando-se:
o	 Colágeno	 –	 fibras mais frequentes do tecido conjuntivo, formadas pela proteína 
colágeno de alta resistência (coloração esbranquiçada); 
o	 Elásticas	 –	 fibras formadas fundamentalmente pela proteína elastina, possuindo 
considerável elasticidade (coloração amarelada);
o	 Reticulares	– fibras com reduzida espessura, formada pela proteína chamada reticulina, 
análoga ao colágeno.
Para evidenciar a diversidade de tipos de tecido conjuntivo, destacam-se o tecido conjuntivo 
propriamente dito; o tecido conjuntivo sanguíneo (sangue); o tecido conjuntivo adiposo; 
o tecido conjuntivo cartilaginoso; o tecido conjuntivo ósseo;
•	 Tecido	muscular	– constituído por células com propriedades contráteis, a saber:
o	 Musculatura	 lisa	 (necessariamente com contração involuntária, independente da 
vontade do indivíduo) – formada por células mononucleadas com estrias longitudinais. 
É presente nos órgãos viscerais internos (esôfago, intestino, vasos sanguíneos e útero);
o	 Musculatura	estriada	esquelética (contração voluntária, dependente da vontade 
do indivíduo) – formada por células multinucleadas com estrias longitudinais e 
transversais. Forma os músculos e órgãos ligados à estrutura óssea, permitindo a 
movimentação do corpo;
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o	 Musculatura	 estriada	 cardíaca (contração involuntária) – constitui as células do 
miocárdio (musculatura do coração), unidas por discos intercalares que aumentam 
a adesão entre as células. Fator importante para uma contração rítmica e vigorosa, 
mantendo a circulação do sangue no corpo;
•	 Tecido	nervoso	– constituído por células que formam o cérebro, medula nervosa e nervos.
Como exemplo resumido de especialização há o sistema imunitário, que é constituído 
por células isoladas ou organizadas em órgãos. Esse sistema possui células e substâncias 
que trabalham na defesa do organismo contra microorganismos e moléculas estranhas 
(toxinas, por exemplo), pois são capazes de reconhecer o que é próprio do corpo e o que 
não é. Após identificar os agressores, o sistema imune coordena e inativa e/ou os destrói. 
Essas células estão presentes no sangue, linfa e tecido conjuntivo.
Sobre as respostas imunitárias, podem ser resumidamente classificadas em dois tipos básicos:
o	 Imunidade	celular	ou	inata – é a ação celular contra células que tenham moléculas 
estranhas em sua superfície (bactérias, vírus, células transplantadas e ou células 
malignas – cancerosas). Atuam nesse tipo de resposta às células linfócitos T; mastócitos; 
neutrófilos; eosinófilos; monócitos; macrófago; linfócito NK;
o	 Imunidade	humoral	ou	adquirida	– depende de anticorpos (glicoproteínas circulantes 
no sangue ou outros líquidos). Esses neutralizam moléculas estranhas e participam 
da destruição das células que contêm moléculas desconhecidas. São sintetizados por 
plasmócitos (linfócitos B ativados).
Os anticorpos são glicoproteínas plasmáticas circulantes, também denominados de 
Imunoglobulinas (Ig). Cada anticorpo interage especificamente com um determinante 
antígeno que estimulou a sua formação.
Essas glicoproteínas ligam-se ao antígeno (corpo estranho) para provocar o aparecimento 
de sinais químicos, indicando a presença do invasor a outros componentes do sistema 
imune. Os anticorpos também podem aglutinar microorganismos invasores, facilitando a 
sua fagocitose.
Na espécie humana encontramos diversas classes de anticorpos no soro sanguíneo: o IgG, 
IgA, IgM, IgD, IgE etc. 
A estrutura e a fisiologia do sistema imune são mais complexos do que foi apresentado 
nesta Unidade, dado que o objetivo aqui foi utilizar a diversidade celular desse sistema 
para exemplificar e evidenciar a riqueza da diferenciação celular e as diferentes funções 
específicas, como a síntese dos vários tipos de imunoglobulinas.
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Unidade: Divisão e diferenciação celular
Material Complementar
Para aprofundar seus conhecimentos sobre divisão celular assista:
•	 COMO Nasce um câncer. v. 1. 6 ago. 2013. Disponível em: <http://www.youtube.
com/watch?v=HdiVzfWaMvM>. Acesso em: 10 set. 2014.
•	 DIFERENCIAÇÃO celular – BioCel. 24 jul. 2012. Disponível em: <http://www.
youtube.com/watch?v=cEnFiMLS2mk>. Acesso em: 10 set. 2014.
•	 DIVISÃO celular (viagem à célula). 7 jan. 2013. Disponível em: <http://www.
youtube.com/watch?v=u3bd2RBBo9A>. Acesso em: 10 set. 2014.
•	 JÁ pensou em aprender Mitose assim? 21 mar. 2013. Disponível em: <http://
www.youtube.com/watch?v=gV4wytyyqKU>. Acesso em: 10 set. 2014.
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Bons estudos!
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Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos	da	Biologia	celular. 3. ed. Porto Alegre, RS: ArtMed, 2011.
AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R.	Biologia. v. 1. 3. ed. São Paulo: Moderna, 2009.
LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M.	Princípios	de	Bioquímica. 2. ed. São 
Paulo: Sarvier, 1995.
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Unidade: Divisão e diferenciação celular
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