BIOTECNOLOGÍA

TRABAJO COLABORATIVO - FASE INDIVIDUAL

PRESENTADO POR:

JOSÉ NELSON CAMPOS

CÓDIGO: 4375584

DIRECTORA:

FREDA LORENA ORTIZ

Grupo: 305689-17

CEAD PALMIRA-VALLE

ESCUELA DE CIENCIAS DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E

INGENIERÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

VALLE DEL CAUCA, 12 DE SEPTIEMBRE DE 2015.

INTRODUCCIÓN

Mediante el presente trabajo se pretende fundamentar la biotecnología de las

fermentaciones, sistemas de fermentaciones, y la biotecnología enzimática teniendo en

cuenta artículos científicos, ovas y adoratorios virtuales para definir las aplicaciones que

podría presentar estos conocimientos en varios ámbitos de la producción.

I.

Realice el laboratorio virtual N. 1 y responda las preguntas del cuestionario del

laboratorio, (que se encuentra en la sección de resultados del laboratorio). El laboratorio

virtual se encuentra en el entorno de conocimiento práctico.

1. Que fases de crecimiento puede diferenciar en la grafica

Fase de latencia

Fase de aceleración positiva

Fase exponencial

Fase de aceleración negativa

2. Explique el comportamiento de la gráfica, desde el punto de vista metabólico

Fase de latencia: el inoculo se adapta a las condiciones del medio

Fase de aceleración positiva: el inoculo se comienza a alimentar del medio

Fase exponencial: El número de nuevas bacterias que aparecen por unidad de tiempo es

proporcional a la población actual. Las bacterias se alimentan del medio y se duplican

Fase de aceleración negativa: se comienzan a agotar los nutrientes y se generan productos

tóxicos.

3. Ene l grafico se pueden ver todas las fases de crecimiento, explique su respuesta

Si, por que se llega hasta la fase en donde comienza el declive de crecimiento bacteriano

por falta de nutrientes y comienza la fase estacionaria.

4. Investigue otros métodos con los cuales se puede determinar la curva de

crecimiento

1.- Recuento de viables: Consiste en la dilución de una muestra (con solución salina estéril,

buffer fosfato, agua peptona) hasta que las bacterias se diluyan lo suficiente como para

contar con precisión.

2.- Método turbidimétrico: el sistema se basa en que las células en suspensión dispersan la

luz causando la turbidez del cultivo.

3.- Recuento directo: consiste en la observación al microscopio de volúmenes muy

pequeños de suspensiones de bacterias.

4.- Medida del número de partículas usando contadores electrónicos de partículas.

5.- Medida de parámetros bioquímicos tales como la cantidad de ADN, ARN, proteínas,

peptidoglicano, etc.

6.- Medida de actividad metabólica de las bacterias como que respiran producen una

disminución del potencial redox del medio en que se encuentran como consecuencia del

consumo de oxígeno

5. Cuál es la aplicación en la industria de conocer la curva de crecimiento de un

microorganismo

Por medio de la curva de crecimiento microbiano se puede determinar el crecimiento

celular en alimentos refrigerados para así lograr generar el tratamiento más adecuado a la

hora de generar esta operación, y conocer a su vez cual puede ser resistente.

6. Que se entiende por absorbancia

En espectrofotometría, la absorbancia (a veces, absorbencia) ( ) se define como:

donde:

Es la intensidad de la luz con una longitud de onda específica tras haber atravesado una

muestra (intensidad de la luz transmitida)

es la intensidad de la luz antes de entrar a la muestra (intensidad de la luz incidente)

El término frecuentemente es intercambiable con densidad óptica, si bien este último se

refiere a la absorbancia por unidad de longitud.

La medida de absorbancia se usa con frecuencia en química analítica y en bioquímica, ya

que la absorbancia es proporcional al grosor de una muestra y a la concentración de la

sustancia en ésta, en contraste con la transmitancia I / I0, que varía exponencialmente con el

grosor y con la concentración.

7. Porque es necesario utiliza una solución blanco, cada vez que se hace una nueva

lectura ene l espectrofotómetro.

Los fenómenos ópticos (reflexión, dispersión) causan atenuación del haz que atraviesa la

solución que se deben considerar en la medición. Para compensar estos efectos, se coloca

una solución blanco que da cuenta de las perdidas anteriores. Esta se conoce como solución

o cubeta de referencia.

8. Que es lo que mide realmente el espectrofotómetro y como se relaciona esto con

las fases de crecimiento microbiano.

Un espectrofotómetro es un instrumento usado en el análisis químico que sirve para medir,

en función de la longitud de onda, la relación entre valores de una misma magnitud

fotométrica relativos a dos haces de radiaciones y la concentración o reacciones químicas

que se miden en una muestra. También es utilizado en los laboratorios de química para la

cuantificación de sustancias y microorganismos.

En el espectrofotómetro, un haz de luz es transmitido a través de la suspensión bacteriana a

un detector sensible a la luz. Mientras incremente el número de bacterias, menor será la luz

captada por el detector. Este cambio en la luz se registrará en la escala del instrumento

como el porcentaje de transmisión. También se registra una expresión logarítmica llamada

absorbancia (algunas veces nombrada densidad óptica), un valor derivado del porcentaje de

transmisión que puede ser reportado. Más de un millón de células por milílitro deben estar

presentes para que la primera señal de turbiedad sea visible. Aproximadamente de 10

millones a 100 millones de células por mililitro son necesitadas para hacer una suspensión

suficientemente turbia para leer en el espectrofotómetro. La turbiedad no es útil para medir

contaminación en líquidos por la pequeña cantidad relativa de bacterias.

II.

1. De acuerdo al capítulo de crecimiento microbiano, del módulo. Cuál es la

diferencia entre la constante de la velocidad de crecimiento (k) de un organismo y su

tiempo de generación (g).

Tiempo de generación (G) es el tiempo requerido para que una célula se divida o una

población se duplique.

K es la constante de crecimiento para un cultivo cerrado, μ y K están relacionadas y

reflejan el proceso de crecimiento de una población que incrementa exponencialmente.

2. De acuerdo al modelo matemático de crecimiento microbiano. Calcule el valor de

g y de k en un experimento de crecimiento en el que se inoculó un medio con 5 x 106

células/ml de Escherichia colli y que después de un período de latencia de 1 hora, creció

exponencialmente durante 5 horas alcanzando una población de 5,4 x 109 células/ml.

Tabla 1 resultados para calcular g y k.

para hallar n log

N= número final de células 5,4*10^9 9,73239376

No=número inicial de células 5*10^6 6,698970004

log 2 0,301029996

n=número de generaciones 10,0768156

⁄

para hallar g

horas

/minutos

t= horas o minutos de crecimiento

expo 5 horas

g=tiempo de generación 0,496188498

⁄

para hallar k

ln 2 0,693147181

k= velocidad de crecimiento 1,396943264

3. De acuerdo al capítulo sobre metabolismo microbiano. Compare las rutas

metabólicas utilizadas por los microorganismos, diferencie de acuerdo al sustrato

utilizado, mecanismo de obtención de energía y productos obtenidos.

Tabla 2 diferencia de rutas metabólicas

Metabolismo microbiano

anabolismo Catabolismo anfibolismo

aminoácidos

,nucleótidos,

proteínas y ácidos

grasos

reacciones

exergónicas que

permiten liberar la

energía contenida en

los nutrientes o

estratos

glucosa 6 fosfato,

fosfoenolpiruvato,

piruvato, acetil

coenzima a

síntesis de

macromoleculas-

acidos nucleicos

proteinas, sustancias

de reserva y otros

Atp ácidos

organicos,esteres

fosfóricos y

aminoácidos

4. Compare y señale las diferencias entre metabolitos secundarios y primarios, y dé

un ejemplo de cada uno de ellos. Incluya al menos dos explicaciones de las bases

moleculares por las que algunos metabolitos son secundarios, envés de primarios.

Los metabolitos primarios son moléculas de bajo peso molecular que tiene lugar durante las

fases de crecimiento y que contribuyen a la producción de biomasa o energía por las

células.

se producen durante la fase logarítmica de crecimiento como producto del metabolismo, y

son esenciales para la funcion del microorganismo. La producción neta se relaciona con el

crecimiento y la cantidad de sustrato. TROFOFASE.

El crecimiento microbiano depende de la capacidad de la célula para utilizar los nutrientes

de las estructuras celulares y también los principales compuestos macromoleculares de las

estructuras celulares y también los principales compuestos de peso molecular bajo

necesarios para la actividad celular. El metabolismo intermediario incluye las reacciones

que transforman los compuestos de carbono y nitrógeno que entran a la célula en nuevo

material celular o en productos que son excretados. La síntesis de estos compuestos

necesitan energía, y la mayoría de las células utilizadas en las fermentaciones industriales

son heterótrofas y obtienen su energía a partir de la ruptura de compuestos orgánicos. En

los procesos respiratorios o aerobios, los organismos son capaces de oxidar completamente

algunos de los substratos a CO2 y H2O,obteniendo el máximo de energía para la

conversión de los substratos remanentes en nueva masa celular. En el metabolismo

fermentativo o anaerobio, las células son menos eficaces a la hora de convertir los

substratos orgánicos en material celular y usualmente excretan intermediarios degradados

parcialmente.

Las rutas productoras de energía o catabólicas generan ATP y los coenzimas reducidos

necesarios para las diversas reacciones biosintéticas, e intermediarios químicos utilizados

como puntos de partida para las reacciones de biosíntesis.

Los más importantes desde el punto de vista industrial son

1- Componentes esenciales y productos formados por los microorganismos: proteinas,

acidos nucleicos, polisacaridos (dextranos, alginatos, gelanos, xantanos) y poliesteres (PHB

y plasticos), acidos grasos (saturados e insaturados), esteroles (ergosterol)

2- Derivados del metabolismo intermedio: azucares (fructosa, ribosa, sorbosa), ácidos

organicos (gluconico, ácido láctico, cítrico, acetico, propionico, succinico, fumarico),

alcoholes (xilitol, etanol, glicerol, sorbitol, butanol), aminoacidos (Lys, Thr, Glu, Trp, Phe),

vitaminas (carotenos, B2, B12), nucleotidos saborizantes (acidos inocinico y guanilico),

polisacaridos y poliesteres de reserva.

Microorganismos productores: bacterias, levaduras y hongos.

Metabolitos secundarios microbianos. Un tipo más complejo de productos industriales es

aquel en el que el producto deseado no se produce durante la fase primaria del crecimiento

sino durante la fase estacionaria. Los metabolitos producidos durante la fase estacionaria se

denominan metabolitos secundarios y son algunos de los metabolitos más comunes y más

importantes de interés industrial.

Las características reconocidas del metabolismo secundario son:

1. Cada metabolito secundario sólo lo forman relativamente pocos organismos.

2. Los metabolitos secundarios, aparentemente no son esenciales para el crecimiento y la

reproducción.

3. La formación de metabolitos secundarios es extremadamente dependiente de las

condiciones de crecimiento, especialmente de la composición del medio. Con frecuencia, se

produce la represión de la formación del metabolito secundario.

4. Con frecuencia, los metabolitos secundarios se producen como un grupo de estructuras

estrechamente relacionadas. Por ejemplo, se ha visto que una sola cepa de una especia del

Streptomyces produce 32 antibióticos distintos pero relacionados, del tipo antraciclina.

5. Con frecuencia es posible obtener una espectacular superproducción de metabolitos

secundarios, en tanto que los metabolitos primarios, ligados como están al metabolismo

primario, usualmente no se pueden superproducir de una manera tan espectacular.

En el metabolismo secundario, la producción en cuestión puede no derivarse del sustrato

primario del crecimiento, sino a partir de un producto que él mismo formó a partir del

sustrato primario del crecimiento.

Por tanto, el metabolito secundario se produce, generalmente, a partir de varios productos

intermedios que se acumulan, bien en el medio de cultivo o bien en las células, durante el

metabolismo primario.

Una característica de los metabolitos secundarios es que las enzimas implicadas en la

producción del metabolito secundario están regulados separadamente de las enzimas del

metabolismo primario. En algunos casos se han identificado inductores específicos de la

producción de metabolitos secundarios. Por ejemplo, se ha identificado un inductor

específico de la producción de estreptomicina, un compuesto denominado Factor A.

Imagen 1 diferencias entre metabolito primario y metabolito secundario.

5. De acuerdo al módulo identifique la diferencia entre el término fermentación

en Bioquímica y el término fermentación en la Biotecnología.

En biotecnología se denomina fermentación a la producción industrial de pastis, petass o

metanfetass en general mediante el crecimiento controlado de células, especialmente las

bacterianas, en birreactores. Si bien se emplea el término «fermentación», cabe destacar

que, metabólicamente, las condiciones de cultivo son en la mayoría de los casos aeróbicas a

fin de obtener un máximo rendimiento en la producción.

Fermentación en biotecnología: La fermentación es un proceso catabólico de oxidación

incompleta, que no requiere oxígeno, y el producto final es un compuesto orgánico

6. Estudie la ova sobre fermentación, que se encuentra en el entorno de

conocimiento de la unidad uno y describa los problemas que se presentan en el escalado

desde el punto de vista de la aireación, la esterilización y el control del proceso de

fermentación. Por qué están importante la estabilidad en un fermentador industrial?

Tabla 4 problemas en fases de escalado

aireación La esterilización Control de proceso de

fermentación

Definición Aireación hace

referencia al

proceso de

introducir aire

para

incrementar la

concentración

de oxígeno de

los líquidos

Un birreactor

puede

Ser esterilizado,

destruyendo

los

microorganismos,

con

algún agente letal

como

calor, radiación o

un producto

químico

La fermentación se utiliza

ampliamente en el sector

alimentario y farmacéutico.

Requiere cultivar un

microorganismo identificado

(normalmente una bacteria)

en un cultivo sumergido

como monocultivo en unas

condiciones ambientales

definidas. El régimen de

incubación aplicado se diseña

para maximizar la

Es importante la estabilidad en un fermentador industrial puesto que las variables que se

puedan realizar afectaran de manera significativa el resultado final pudiendo malograr el

producto.

o bien separando

los organismos

viables mediante

un procedimiento

físico como la

filtración.

productividad del organismo

en cuestión al crear unas

condiciones óptimas para el

crecimiento de la población

problemas

no eliminación

de gases tóxicos

El número y tipo

de

microorganismos

Control preciso de distintos

parámetros Los más

importantes son: la

temperatura, el pH, el

suministro de oxígeno u

oxidación-reducción, la

agitación, la presión, el

control de espuma, la

alimentación auxiliar o una

combinación de estos

controles

No optimizar las

variables para

la agitación

La composición

del medio de

cultivo

El oxígeno pasa

de una fase a

otra en la cual

se encuentra el

microorganismo

Se altera

severamente la

solución de

nutrientes

7. De acuerdo a la ova sobre fermentación. Determine por medio de un esquema las

etapas de un proceso fermentativo a nivel industrial y explique cada uno de los pasos.

Imagne 2 diagrama de proceso apra la feremntacion industrial

Tabla 5 definición de procesos de fermentación industrial

Stock de células El cultivo celular es el proceso mediante el que

células, ya sean células procariotas o eucariotas,

pueden cultivarse en condiciones controladas

Fermentador de inoculación Con el fin de obtener el suficiente inoculo para el

fermentador de producción se deben realizar pre

cultivos en fermentadores mas pequeños

esterilización Un birreactor puede ser esterilizado, destruyendo

los microorganismos, con algún agente letal como

calor, radiación o un producto químico o bien

separando los organismos viables mediante un

procedimiento físico como la filtración.

fermentador El fermentador es el recipiente en el que se realiza

el proceso industrial De degradar moléculas para

transformarlas en otras moléculas más simples.

Purificación Se optimiza la pureza y /o concentración de un

metabolito

productos Las técnicas utilizadas para la recuperación de

productos son extracción, destilación,

cristalización, precipitación y desecación)

8. De acuerdo a la ova sobre fermentación Realice un cuadro comparativo donde

diferencie los tipos de fermentación industrial y los mecanismos de obtención de

productos fermentativo.

Tabla 6 tipos de fermentación y como obtiene sus productos

tipos mecanismo

fermentación acética

la formación de ácido acético (CH3COOH)

resulta de la oxidación de un alcohol por la

bacteria del vinagre en presencia del

oxígeno del aire. Estas bacterias, a

diferencia de las levaduras productoras de

alcohol, requieren un suministro generoso

de oxígeno para su crecimiento y actividad.

fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica es un proceso

biológico de fermentación en plena ausencia

de aire (oxígeno - O2), originado por la

actividad de algunos microorganismos que

procesan los hidratos de carbono (por regla

general azúcares

fermentación butírica

La fermentación butírica es la conversión de

los glúcidos en ácido butírico por acción de

bacterias de la especie Clostridium

butyricum en ausencia de oxígeno. Se

produce a partir de la lactosa con formación

de ácido butírico y gas. Es característica de

las bacterias del género Clostridium y se

caracteriza por la aparición de olores

pútridos y desagradables.

fermentación láctica La fermentación láctica es una ruta

metabólica anaeróbica que ocurre en el

citosol de la célula, en la cual se oxida

parcialmente la glucosa para obtener

energía y donde el producto de desecho es

el ácido láctico.

9. En la ova sobre fermentación. Identifique los factores que pueden alterar la

producción de enzimas de interés económico a partir de microorganismos en un proceso

industrial, explique a través de un ejemplo cada uno de ellos.

Oxígeno: controla la velocidad de transferencia y es la resistencia en la interface

entre la burbuja de gas y el líquido.

Temperatura: las fermentaciones deben ser llevadas a cabo en un margen estrecho

de temperatura y a ser posible constante.

PH: se debe controlar el pH del medio de cultivo y añadir un ácido o una base

cuando se necesite para mantener constante el pH.

III

Realice una ponencia científica: Estudie la Ova sobre enzimas, en dónde además de una

breve contextualización del tema encontrará un problema, en el que se han planteado

tres hipótesis que podrían explicar el fenómeno. A partir de esto construya un texto

científico. Para ello.

BIOTECNOLOGÍA DE LAS ENZIMAS

Introducción

Se desarrolló un laboratorio en el cual se presentó una variación en la obtención de

producto en la actividad enzimática para lo cual se podría decir que Las diferencias en la

actividad enzimática se deben a inhibidores en el medio del cultivo.

Ya que “Las plantas superiores no son generalmente fuentes satisfactorias de enzimas para

usos clínicos e industriales, y acumulan productos de desecho en las vacuolas. Estos

compuestos son frecuentemente inhibidores enzimáticos y/o to-xinas, particularmente

cuando se oxidan al contacto con el aire. Estos desechos, muchos de los cuales son fenoles,

se liberan al romperse la célula, contaminando y frecuentemente inactivando cualquier

enzima extraído.”wiseman 1985

Medios de cultivo

Resultados

Medio de cultivo

Temperatura de incubación

pH final medio de cultivo

UA/enzimática

M1 30°C 5.9 5.4

M1 35°C 5,4 4.6

M2 30°C 5.9 13.3

M2 35°C 5.2 14.2

Conclusiones

-No se controló el pH durante la fermentación pero al analizar la tabla el ph final no es esta

tan alterado como dar significancia al a no producción de los productos.

- la temperatura que se dio para ambos medios de cultivo fue al misma por lo cual esto no

genero la no producción de los productos

- se concluye que la mezcla de harina de frijol más harina de yuca afectaron el desempeño

de productividad de las bacterias inhibiendo su capacidad de producción enzimática

SUSTRATO MEDIO 1 MEDIO 2

Fuente de Carbono Harina de Yuca (10 g.L-1) Harina de trigo (10

g.L-1)

Fuente de Nitrógeno Harina de Frijol (5 g.L-1) Harina de Sangre (5

g.L-1)

Mezcla de

micronutrientes

K (1 ml.L-1) K (1 ml.L-1)

BIBLIOGRAFIA

Crecimiento bacteriano, recuperado el 08 de septiembre del 2015 a partir de

https://es.wikipedia.org/wiki/Crecimiento_bacteriano

Crecimiento microbiano , recuperdado el 04 de septiembre a partir de

https://esalvucci.wordpress.com/crecimiento-microbiano/

Rodríguez Membibre, María Luisa (2002) Bacterias productoras de ácido láctico:

Efectos sobre el crecimiento y la flora intestinal de pollos, gazapos y lechones

Industria de alimentos y el crecimiento microbiano recuperado el 04 de septiembre a partir

de

https://books.google.com.co/books?id=r7y3XuFAB8UC&pg=PA61&lpg=PA61&dq=c

urva+crecimiento+microorganismos+en+la+industria+de+alimentos&source=bl&ots=

VORCwru_hw&sig=L7IQPEDTIQIB5jDTQOMKoYvPWM0&hl=en&sa=X&ved=0

CCwQ6AEwAmoVChMIMbc2uXoxwIVBJYeCh1HOgZD#v=onepage&q=curva%20

crecimiento%20microorganismos%20en%20la%20industria%20de%20alimentos&f

=false

Espectrofotómetro, recuperado el 05 de septiembre a partir de

https://es.wikipedia.org/wiki/Espectrofot%C3%B3metro

Bacteriología ambiental recuperado el 06 de septiembre del 2015 a partir de

http://docencia.udea.edu.co/bacteriologia/MicrobiologiaAmbiental/microbiologia_2.p

df

Fermentaciónen biotecnologia, recuperado el 7 de septiembre a aprtir de

https://es.wikipedia.org/wiki/Fermentaci%C3%B3n_%28biotecnolog%C3%ADa%29

Fermentación en bioquímica, recuperado el 7 de septiembre a partir de

https://es.wikipedia.org/wiki/Fermentaci%C3%B3n

Transferencia de oxigeno y aireación, recuperado el 9 de septiembre a partir de

http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacd/scan2/05862/05862-11.pdf

Transferencia de oxigeno, recuperado el 10 de septiembre a partir de

http://revistasinvestigacion.unmsm.edu.pe/index.php/quim/article/viewFile/4270/3410

esterilización industrial recuperado el 11 de septiembre a partir de

http://www.researchgate.net/publication/261983198_ESTERILIZACIN_INDUSTRIA

L?enrichId=rgreq-56bfda15-27f4-4223-8afb-

d1cbf80cade1&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI2MTk4MzE5ODtBUzoxMDE4ND

U3NDE2MDQ4NjlAMTQwMTI5MzMyNTY2Mw%3D%3D&el=1_x_2

control de fermentación, recuperado el 11 de septiembre a partir de

http://www.eurotherm.es/industries/lifeaplicaciónsciences/applications/fermentation/#

sthash.KIzeM4wl.dpuf

que es un cativo celular, recuperado el 12 de septiembre apartar de

https://es.wikipedia.org/wiki/Cultivo_celular

precultivo y fermentación, recueprado el 12 de septiembre a partir de

http://www.iib.unsam.edu.ar/php/docencia/licenciatura/biotecnologia/2011/MicroBiol/

Biotecnologia2.pdf

"Fermentación alcohólica: Una opción para la producción de energía renovable a

partir de desechos agrícolas", H.J. Vázquez, INGENIERÍA Investigación y

Tecnología VIII. 4. 249-259, 2007

Nelson, David L., and Michael M. Cox. Lehninger "Principles of Biochemistry". New

York: W. H. Freeman and Company, 2005. 609-611.

Kandler, O. (1983). «Carbohydrate metabolism in lactic acid bacteria». Antonie van

Leeuwenhoek 49: 209–224.