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Publicada porMaría Cristina Herrero Saavedra Modificado hace 8 años
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Profesor de Bioquímica Facultad de Ingeniería Química
Dr Marcelo Marcet Profesor de Bioquímica Facultad de Ingeniería Química Universidad de Matanzas. CUBA.
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La Ingeniería Bioquímica un enfoque Biotecnológico de futuro
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el prefijo Bio significa Vida
Objeto de estudio BIO TECNOLOGÍA el prefijo Bio significa Vida Las Biotecnologías son ¿tecnologías “vivas”? Bio = Vida
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la parte viva, la constituyen:
BIO TECNOLOGÍA la parte viva, la constituyen: Microorganismos Células animales Células vegetales Extractos de células animales y vegetales Organismo vegetal Organismo animal
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BIOTECNOLOGÍA ¡Son procesos vivos!
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Agente Biológico Material o Sustrato Producto Agente Biológico
ESQUEMA DE UN PROCESO BIOTECNOLÓGICO Agente Biológico Material o Sustrato Producto Agente Biológico Útil al hombre Económicamente viable,
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Examinemos cada uno de los componentes del esquema
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PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Como resultado del desarrollo del proceso biotecnológico se obtiene un PRODUCTO. Producto Útil al hombre Este producto tiene que ser útil, es decir cubrir una necesidad y además, FACTIBLE DE PRODUCIR.
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Algunos Ejemplos de Productos Estudiados
Cervezas Etanol Etanol anhidro Vinos Biomasa Microorganismos probióticos y prebióticos Residuales
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PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Parte VIVA de la Biotecnología Microorganismos Plantas Animales (o sus extractos) Agente Biológico
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PROCESO BIOTECNOLÓGICO
EL MATERIAL o SUSTRATO debe ser un producto de bajo costo o fuente de desecho, capaz de ser transformado por la acción de los elementos vivos en otro producto de utilidad. Material o Sustrato
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Materiales o Sustratos más estudiados.
Sacarosa Frutas tropicales Mieles y jugo de caña Cebada y adjuntos amilaceos. Lignocelulosas Residuales de procesos.
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PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Este proceso tiene que ser Económicamente viable La utilidad del producto final que se obtiene incluye la factibilidad económica de su producción, que lo haga rentable y que origine ganancias.
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Ciencias Ingenieriles Ciencias Económicas Ciencias Jurídicas
¿Cuáles son las ciencias que contribuyen a la Biotecnología en los estudios universitarios Ciencias Básicas Ciencias Naturales Ciencias Ingenieriles Ciencias Económicas Ciencias Jurídicas
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Como se conoce la Biotecnología es MULTIDISCIPLINARIA,
Muchas Ciencias, muchas tecnologías forman parte de la misma y contribuyen a su desarrollo. Mencionaremos algunas disciplinas Biológicas e Ingenieriles que tributan a la Biotecnología.
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Bioquímica
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BIOQUÍMICA Posee un amplio campo de acción en el desarrollo biotecnológico relacionado con: Aislamiento y purificación de moléculas biológicas (ADN, ARN, enzimas, otras proteínas, lípidos, carbohidratos). Obtención y purificación de extractos celulares. Estudios enzimáticos de los procesos biotecnológicos. Desarrollo de la Ingeniería enzimática.
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BIOQUÍMICA Algunas técnicas que desarrolla:
Aislamiento y purificación de ADN y ARN. Obtención y purificación de proteínas. Inmovilización de enzimas. Síntesis y secuenciación de proteínas y ADN. Construcción de sondas. Hibridación de moléculas (ADN y ARN). Modificación química de enzimas y proteínas. Construcción de vectores. Construcción de oligonucleótidos. Construcción de oligopéptidos. Mutación dirigida.
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BIOLOGÍA Micropropagación.
Se han revitalizado en este campo técnicas tradicionales y se han desarrollado otras novedosas que aportan importantes avances al campo biotecnológico. Entre ellas se encuentran:. Transgénesis y clonación. Micropropagación. Cultivo (in vitro) de células y tejidos (vegetales y animales). Cultivo de organismos de interés (pequeña, mediana y gran escala).
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Microbiología
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La Microbiología aborda el estudio de los microorganismos
pequeño
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MICROBIOLOGÍA Los microorganismos son agentes biológicos por excelencia en los procesos biotenológicos. El conocimiento de los microorganismos y su amplia diversidad, y la búsqueda de nuevas cepas microbianas constituye una de las tareas más importantes de la Microbiología Contemporánea.
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MICROBIOLOGÍA En este campo se incursiona en: Los microorganismos que desarrollan un proceso biotecnológico particular Adaptabilidad Optimización y el recobrado de los procesos Escalado Desarrollo de la Ingeniería celular
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MICROBIOLOGÍA Principales técnicas desarrolladas: Técnicas de búsqueda, muestreo o “screening”. Conservación de Cepas. Fermentación Inmovilización de células Utiliación de microondas.
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Genética
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GENÉTICA La revolución tecnológica que tuvo lugar en esta ciencia con la profundización del conocimiento biológico, permitió combinar las técnicas tradicionales, con el surgimiento de nuevas tecnologías e impulsar el desarrollo de la Biología Molecular.
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Las Ciencias Ingenieriles
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INGENIERÍAS El impacto de las ingenierías en el desarrollo de la Biotecnología ha sido decisivo. Al tratarse de procesos que se desarrollan en condiciones específicas y que requieren de equipamientos tecnológicos particulares, la Ingeniería Química, la Ingeniería de Procesos y la Ing. Bioquímica, además de la Automatización entre otras, han desempeñado un papel muy importante y son áreas del conocimiento imprescindibles para el desarrollo y avance de esta Rama.
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Bioinformática
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BIOINFORMÁTICA El descifrado de la información genética y el gran número de datos producidos por el desarrollo de las investigaciones biológicas exige la unión de estas disciplinas.
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¿Cómo ha evolucionado la Biotecnología?
Biotecnología de PRIMERA GENERACIÓN Biotecnología de SEGUNDA GENERACIÓN Biotecnología de TERCERA GENERACIÓN Biotecnología de CUARTA GENERACIÓN
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Primera Generación Desde años A.N.E. hasta finales del siglo XIX. El pan y la cerveza constituían una forma de alimentación básica para los antiguos egipcios
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La Biotecnología de Primera Generación, está representada por productos de gran demanda como: Pan, Cerveza, Vino, Vinagre, Quesos, Yogurt Obtenidos por “fermentación espontánea” En esta etapa el hombre no tiene conciencia de por qué ocurren estos “procesos” .
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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Primera etapa de desarrollo
Yogurt Pan Vino Tiempo Desarrollo científico-técnico Productos Queso Vinagre Finales Siglo XIX Primera Etapa Procesos espontáneos Inicio de la civilización
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Segunda Generación Inicios del siglo XX hasta la segunda mitad del siglo. Biotecnología de Segunda Generación o “Era de los Antibióticos”. Desarrollo más acelerado del conocimiento científico técnico. Productos: Antibióticos, Vacunas naturales, Vitaminas, Proteínas unicelulares, Enzimas, polisacáridos, Alcohol industrial, Acetona, Butanol y otros productos de gran utilidad para el hombre.
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Esta etapa se caracteriza por:
Desarrollo científico-técnico de la ingeniería de procesos Transformaciones microbianas Inmovilización de células Cultivos de tejidos Fermentaciones continuas
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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Segunda etapa de desarrollo
Desarrollo científico-técnico Antibióticos Enzimas Vitaminas Proteínas Productos Primera Primera mitad Siglo XX Finales Siglo XX Principio Siglo XXI Inicio de la civilización Finales Siglo XIX Tiempo
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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Segunda etapa de desarrollo
Figuras relevantes que contribuyeron al desarrollo de los antibióticos Premios Nobel de Medicina, 1945 Alexander Fleming Ernest B. Chain Howard W. Florey
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Tercera Generación Segunda mitad del siglo XX hasta finales del siglo.
Surge con el desarrollo de la Biología Molecular y la Ingeniería Genética. Ya es posible traspasar las barreras entre especies e introducir genes de un organismo en otro no relacionado. Ocurre una explosión en el desarrollo científico técnico de las ciencias afines a la Biotecnología. Productos: Insulina Humana, Anticuerpos Monoclonales, Vacunas y Fármacos Recombinantes, Transgénesis (Plantas y Animales recombinantes).
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Esta etapa se caracteriza por: Desarrollo de la Ingeniería Genética y la Técnica de los Hibridomas.
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Premio Nobel de Química 1958
Descubrimientos más relevantes 1. Estructura y funciones de las proteínas (Moléculas de la vida). 1953- F. SANGER: Logra por primera vez establecer la estructura de la proteína Insulina Frederick Sanger Premio Nobel de Química 1958
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Premio Nobel de Medicina 1962
Descubrimientos más relevantes 2. Definición que el ADN forma una doble cadena donde la unidad estructural son los nucleótidos. 1953- J. WATSON y F. CRICK: Demuestran la estructura en doble hélice de la cadena del ácido desoxirribonucleico (ADN), portador de la información genética (transmisoras de la herencia). J. Watson y F. Crick Premio Nobel de Medicina 1962
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Descubrimientos más relevantes
3. Elementos del Código Genético y su Universalidad. 1963- NIREMBERG: Descubre el Código Genético contenido en las moléculas de ADN, y el descifrado y Universalidad del mismo. 4. Producción de anticuerpos. 5. Recombinación genética. Se producen grandes progresos en los estudios de la estructura de proteínas y de ácidos nucleicos. Marshall Nirenberg
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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Tercera etapa de desarrollo
Desarrollo científico-técnico Ingeniería genética Organismos transgénicos Productos Tercera Finales Siglo XX Segunda Primera mitad Siglo XX Primera Finales Siglo XIX Inicio de la civilización Tiempo
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Cuarta Generación Finales del siglo XX en adelante.
Búsqueda de nuevos productos, donde la satisfacción de las necesidades del hombre sigue siendo el principal objetivo tanto en la alimentación, salud y bienestar social. Auge extraordinario de las ciencias que soportan a la Biotecnología. Son un hecho en sí la Genómica y la Proteómica. Surge la Bioinformática. Productos: Terapia génica y Medicina personalizada.
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Esta etapa se caracteriza
Desarrollo de la Bioinformática. Acumulación de gran cantidad de conocimiento en grandes bases de datos
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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Cuarta etapa de desarrollo
Genómica Desarrollo científico-técnico Medicina Personalizada Terapia génica Cuarta Principio Siglo XXI Proteómica Tercera Finales Siglo XX Segunda Primera mitad Siglo XX Primera Finales Siglo XIX Inicio de la civilización Tiempo
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Sectores de influencia de la Biotecnología en la EEL-USP.
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FERMENTACIONES MICROBIANAS
Transformación de sustancias que ocurre por la acción de microorganismos o enzimas producidas por estos.
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¿CÓMO SE HACE LA CERVEZA?
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CERVEZA Producto obtenido originalmente por la fermentación de un extracto acuoso de malta mediante la acción de las levaduras.
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Etapas biotecnológicas principales en la elaboración de la cerveza
Malteado. Maceración (saborización). Fermentación. Maduración.
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Malteado Remojo, germinación y secado de la semilla (cebada) para obtener malta.
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Maceración Mezclado de la malta triturada con agua caliente.
Las amilasas hidrolizan los almidones de la semilla a azúcares simples para que puedan ser fermentados por la levadura. Terminada la cocción, esta mezcla se filtra y el extracto acuoso obtenido es el mosto, medio rico nutritivo.
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Saborización Añadir el lúpulo al mosto. El lúpulo proporciona color, sabor y aroma. El mosto se hierve junto con el lúpulo. Humulus lupulus
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Fermentación Añadir la levadura al mosto.
Fermentación de los azúcares del mosto, produciéndose alcohol y dióxido de carbono.
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Envejecimiento y maduración
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¡¡Y ahora la cerveza!!
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Son proteínas que catalizan re-acciones químicas en los seres vivos.
ENZIMAS
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ENZIMAS INDUSTRIALES Amilasas Papaína Bromelina otras Origen Vegetal
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ENZIMAS INDUSTRIALES Amilasas Celulasas Dextranasas Proteasas Beta galactosidasas Glucosaisomerasas Invertasas Microbiana
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Ventajas de la producción de enzimas por microorganismos
Pueden obtenerse en grandes cantidades. Posibilidades de mejorar la producción y aumentar los rendimientos. Proceso de obtención menos costoso.
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¿Qué es la alfa amilasa?
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Es un preparado enzimático de origen bacteriano o fúngico (hongo) que hidroliza el almidón hacia compuestos azucarados trayendo como consecuencia una disminución de la viscosidad de la solución.
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PRODUCCIÓN DE ALFA AMILASA
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Bacterias del género Bacillus
B. subtilis B. coagulans B. licheniformis Hongos Aspergillus oryzae
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e-biocurso Bacillus subtilis
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Bacillus coagulans
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e-biocurso Aspergillus oryzae
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La alfa amilasa puede utilizarse para aumentar los rendimientos de la malta en la producción de cervezas.
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Almidón Glucosa
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Conclusiones Podemos afirmar que la biotecnología tiene un importante campo te trabajo en cuanto a mejorar el entorno donde se desarrolla el hombre. La biotecnología moderna se ha comprometido grandemente con el futuro del propio hombre.
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BIBLIOGRAFIA
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