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)
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