Tarea No. 1 Procesos Biotecnológicos Gabriela Ramírez Rosas

BIOTECNOLOGIA:

La biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos (Convention on Biological Diversity, Article 2. Use of Terms, United Nations. 1992).

¿Qué es un Proceso Biotecnológico?

Es una serie de pasos que implica el uso de la microbiología, bioquímica e ingeniería de una forma integrada, con el objeto de utilizar los microorganismos, las células y los cultivos de tejidos (o sus partes) para obtener productos útiles.

¿Qué estudia la biotecnología y la bioingeniería?

El objetivo de la biotecnología es obtener productos metabólicos útiles a partir de materiales biológicos. La biotecnología comprende dos fases distintas:

La fermentación. Para el cultivo de microorganismos en condiciones óptimas, así como para la producción de microorganismos de los metabolitos o las enzimas deseados, deben ser desarrollados procedimientos de fermentación.

La recuperación del producto lleva a cabo la extracción y purificación de los productos biológicos. La recuperación de los procesos bioquímicos difiere de la recuperación química principalmente en que los materiales biológicos son frecuentemente mucho más lábiles.

BIOINGENIERIA:

Biónica: Es la aplicación de los principios de los sistemas biológicos a modelos ingenieriles con el fin de crear dispositivos específicos.

Biología Aplicada: Es la utilización de los procesos biológicos extendidos a escala industrial para dar lugar a la creación de nuevos productos.

Ingeniería Biomédica: Es la aplicación de la ingeniería sobre la medicina en estudios con base en el cuerpo humano y en la relación hombre-máquina, para proveer la restitución o sustitución de funciones y estructuras dañadas y para proyectar y luego construir instrumentos con fines terapéuticos y de diagnóstico. esta es la rama de la Bioingeniería donde se verifica más directamente el impacto entre la medicina y la ingeniería.

Ingeniería Ambiental: Es el uso de la ingeniería para crear y controlar ambientes óptimos para la vida y el trabajo.

Procesos que involucran reacciones enzimáticas y microbianas:

FERMENTACION: alcholica, lactica. RX ENZIMATIVAS: inactivadores o catalizadores enzimáticos, algunas enzimas con

actividad especifica:

Quimiosina y pepsin: rompen la caseína de la leche y producen su coagulación. o b-D-galactosidasa: que es una enzima que hidroliza la lactosa, el azúcar de la leche pectinasas, que digieren la pectina, substancias presentes en las paredes de las células vegetales

RX DE OCCIDACION Y REDUCCION HIDROLISIS ACIDA

Condiciones en la que los microorganismos se pueden desarrollar adecuadamente:

BACTERIAS:

Presencia de nutrientes. Ph: 6-8 Aerobios:Valores positivos de redox(presencia de oxigeno); Anaerobios: Valores

negativos de redox(ausencia de oxigeno). Aw cercanos a 1 (0.993-0.998) Los microorganismos según sus características poseen temperaturas óptimas,

mínimas y máximas de crecimiento. También pueden ser termolábiles y termorresistentes, la mayoría de los microorganismos que no poseen esporas, se destruyen a temperaturas de pasteurización, La temperatura óptima para conservar los alimentos perecederos es de 4 °C, y la de alimentos congelados es de -18 °C.

ENZIMAS:

o Cada enzima tiene una temperatura óptima a la que actúa con su máxima eficacia. Debido a que las enzimas son proteínas, los valores de la temperatura óptima dependen del pH y de la fuerza iónica. Si la temperatura se incrementa más allá de la temperatura óptima, la actividad enzimática desciende bruscamente. La temperatura óptima de una enzima normalmente está cerca de la temperatura normal del organismo del que se procede

o Mientras más pequeño sea el valor de km, mayor será la afinidad de la enzima por el substrato.

o El pH no afecta la actividad enzimática directamente sino que modifica la concentración de protones. Los protones además de alterar la estructura de la enzima y el substrato, pueden participar también en la reacción como substrato o

producto. En esos casos, la concentración de protones afecta directamente la velocidad de la reacción.

o Cualquier cambio brusco de pH, sabiendo que las enzimas son proteínas, puede alterar el carácter iónico de los grupos amino y carboxilo en la superficie proteica, afectando así las propiedades catalíticas de una enzima. A pH alto o bajo se puede producir la desnaturalización de la enzima y en consecuencia su inactivación .

Bioseparación:

Se refiere al estudio sistemático de los principios científicos y técnicos para la purificación a gran escala de productos biológicos.

Separación y purificación de un proceso biotecnológico que siguieron algún tipo de reacción biológica. Estos productos se sintetizan en vivo en sus resoectivas fuentes naturales y se trata simplemente de recuperar, mediante técnicas adecuadas.

Tarea No. 1 Procesos Biotecnológicos Gabriela Ramírez Rosas

Efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad de una reacción catalizada enzimáticamente. Obtención del km y la vmax.

Resumiendo, si se mantiene la concentración de la enzima constante y variamos la concentración de substrato se obtiene una curva hiperbólica como la de la figura (arriba izquierda). Al principio un aumento de la concentración de substrato produce un aumento rápido de la velocidad de reacción, pero si se sigue aumentando la concentración de substrato, la velocidad de reacción comienza a disminuir; vemos que a muy altas concentraciones de substrato se observa que no cambia la velocidad de reacción, se dice que los centros activos de la enzima se encuentran saturados. La velocidad de reacción que se obtiene a esa alta concentración de substrato se define como la velocidad máxima (vm) de la reacción enzimática bajo las condiciones especificadas. La concentración de substrato [S], a la semivelocidad máxima de reacción (½ v ) se puede determinar de la figura y representa la constante de Michaelis o km, la cual es una característica para cada enzima. La inversa dekm, o 1/ km, mide aproximadamente la afinidad de la enzima por el substrato. Mientras más pequeño sea el valor de km, mayor será la afinidad de la enzima por el substrato. Si varias enzimas compiten en el metabolismo por el mismo substrato, éste será transformado preferentemente por la enzima con mayor afinidad.

Así tendremos: 

    (simplificando)    

Si reordenamos la ecuación tendremos que: [S] + km = 2 [S] (despejamos) km = [S]

Esto significa que la concentración del sustrato necesaria para alcanzar la mitad de la velocidad es el valor de km de la enzima.

La expresión de Michelis – Menten puede ser transformada algebraicamente en otras formas, que son más útiles para la expresión de los datos experimentales. Una de esas formas consiste en tomar los recíprocos (inversa) de ambos miembros de la ecuación.

Monod (1942), estudió el efecto de la composición de un medio de cultivo libre de sustancias inhibitorias sobre la velocidad específica de crecimiento. Las ecuaciones básicas que describen la interacción entre el crecimiento de los microorganismos y el sustrato limitante del crecimiento son:

 

 

Donde KS es la constante de saturación, que es la concentración de sustrato para la cual la velocidad específica de crecimiento es la mitad del valor máximo.

En la tabla siguiente se presentan los valores de la constante de saturación, KS , correspondientes al crecimiento de algunos microorganismos en diversos sustratos. Los valores relativamente altos de KSde la glucosa indican que este sustrato es una de las fuentes de carbono y energía "preferidas" por muchos microorganismos. Sin embargo, para otros microorganismos existen mejores sustratos que la glucosa.