Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
---|---|---|---|
2500252 Bioquímica | OB | 3 | 1 |
No hi ha prerequisits oficials. De tota manera, part dels continguts de les assignatures de 1r curs i 2n curs són necessaris per poder seguir correctament l’assignatura. En especial, els de les assignatures següents: Biocatàlisi, Biologia molecular, Microbiologia i Cultius Cel.lulars.
L'assignatura tè com objectius integrar els coneixements de la bioquímica i la biologia molecular amb els de la microbiologia i l'enginyeria bioquímica, fent èmfasi en la seva aplicació en els processos biotecnològics.
TEORIA
PART I. INTRODUCCIÓ
1. Introducció a la Biotecnologia. Historia de la Biotecnologia. Definicions de Biotecnologia. Biotecnologia tradicional i Biotecnologia moderna. Fites històriques. Elements del procés biotecnològic: primeres matèries, agents biològics i productes.
2. Importància econòmica i social de la Biotecnologia. Productes d’interès industrial–Potencialitat de la Biotecnologia. Exemples: alimentació, energia, sanitat – Sectors industrials – Sectors empresarials– Protecció de la propietat intel·lectual – Biotecnologia: perspectives i preguntes.
PART II. EL PROCÉS BIOTECNOLÒGIC
3. Primeres matèries. Primeres matèries naturals. Subproductes. Selecció i pretractament. Exemples.
4. Biocatàlisi. Els biocatalitzadors – Característiques dels enzims com a biocatalitzadors – Avantatges d’utilització dels enzims com a biocatalitzadors – Criteris d’eficàcia dels enzims – Estratègies per al desenvolupament d’enzims eficients – Enzims industrials – Aplicacions industrials dels enzims: alimentació, tèxtil, paper, detergents, indústria farmacèutica – Inconvenients d’utilització d’enzims com a biocatalitzadors.
5. Biocatalitzadors immobilitzats (I). Concepte, característiques i utilitat industrial –Tipus de suports d’immobilització – Mètodes d’immobilització – Tipus de bioreactors per a biocatalitzadors immobilitzats.
6. Biocatalitzadors immobilitzats (II). Propietats dels enzims immobilitzats – Especificitat de substrat – Efectes de la immobilització sobre l'activitat i les propietats cinètiques dels enzims: repartiment i velocitat de difusió – Avantatges i desavantatges de la immobilització dels enzims – Aplicacions industrials dels enzims immobilitzats –Cèl·lules immobilitzades.
7. Cèl·lules microbianes (I). Microorganismes d'interès industrial – Avantatges dels microorganismes – Composició elemental dels microorganismes i dels medis de cultiu – Obtenció, selecció i conservació de microorganismes – Col·leccions de soques tipus.
8. Cèl·lules microbianes (II). Manipulació genètica i enginyeria metabòlica de microorganismes – Millora de soques per mutagènesi, recombinació gènica i tècniques de DNA recombinant.
9. Fermentacions. Concepte de fermentació – Règims de funcionament – Fermentació discontínua, discontínua alimentada, contínua i perfusió – Cinètica del creixement d’un cultiu discontinu – Paràmetres cinètics: velocitat específica de creixement (μm) i constant de Monod (Ks), Rendiment global (YX/S), Quocient metabòlic (qS) – Factors que afecten la velocitat de creixement – Cinètica de la formació de producte – Productes del metabolisme primari i secundari – Rendiment de producte (YP/S).
10. Fermentació en continu. Avantatges i inconvenients de la fermentació en continu. Tipus de fermentació en continu: Quimiostat i turbidostat. Balanç material de cèl·lules. Taxa de dilució (D). Extinció del cultiu per dilució: wash-out. Balanç material de nutrient limitant. Productivitat. Enriquiment. Contaminació.
PART III. BIOREACTORS
11. Disseny de bioreactors. Concepte de bioreactor. Tipus de bioreactors. Escales de treball. Elements d’un bioreactor. Requeriments dels bioreactors industrials. Instal·lacions auxiliars.
12. Funcionament d'un bioreactor. Operacions asèptiques. Inoculació asèptica i obtenció de mostres. Juntes i vàlvules. Mesura i control de les condicions de fermentació: temperatura, pH, concentració d’oxigen dissolt (DO), formació d'escuma, consum i formació de gasos i productes. Quoficient respiratori (RQ). Control per ordinador del bioreactor. Estudi del perfil típic d’una fermentació.
13. Esterilització del bioreactor i dels medis de cultiu. Consideracions generals. Esterilització del medi de cultiu. Mètodes d'esterilització. Esterilització per calor. Teoria de l'esterilització per calor. Càlcul de la durada de l'esterilització d'un medi. Esterilització en continu. Esterilització per filtració. Esterilització de l’aire.
14. Aireig del bioreactor. Consideracions generals. Transferència de matèria gas-líquid. Velocitat específica de captació d'oxigen. Concentració crítica d'oxigen (CCRIT). Coeficient de transferència d'oxigen. Consideracions que afecten la velocitat de transferència de l'oxigen. Determinació experimental de kLa. Elements emprats en l'aireig: tipus i eficàcia. Hold-up: concepte i distribució en bioreactors amb agitació.
15. Agitació del bioreactor. Geometria i tipus d'agitadors. Potència necessària per a l'agitació: nombre de potència i nombre de Reynolds. Potència necessària per als bioreactors agitats i airejats: nombre d'aireig. Potència necessària per a l'agitació i aireig de fluids newtonians i no newtonians.
PART IV. PRODUCTES BIOTECNOLÒGICS
16. Bioseparacions. Processament de productes de la fermentació. Disseny del procés i canvis d'escala. Avaluació del cost del procés en funció dels requeriments de puresa i del rendiment. Disseny dels aparells de tipus industrial i aplicacions. Homogenització. Centrifugació. Filtració. Cromatografia. Assecatge. Liofilització.
17. Producció d'enzims a escala industrial. Agents inactivadors dels enzims. Estabilització de les preparacions enzimàtiques. Additius. Efecte dels ions. Avaluació de qualitat i seguretat de les preparacions enzimàtiques.
18. Productes biològics d'interès industrial. Productes del metabolisme primari i secundari. Producció d'etanol, acetona-butanol, glicerol, àcid làctic i glutamat.
19. Producció d'antibiòtics. Principals classes d’antibiòtics. Antibiòtics naturals i semisintètics. Mecanismes de resistència als antibiòtics. Producció de penicil·lina.
20. Productes de la indústria alimentària i de begudes. Introducció a la producció d'aliments i begudes fermentades. Microorganismes autoritzats (GRAS). Bioquímica de la producció de begudes alcohòliques. Bioquímica de l'obtenció de productes làcticsi càrnics. Bioquímica de la fermentació del pa. Bioquímica dels additius alimentaris. Control de qualitat.
21. Productes de l'agricultura i de la ramaderia. Plantes transgèniques. Resistència de plantes a herbicides, pesticides, insectes i condicions ambientals extremes. Bioinsecticides. Millora de la qualitat final del producte. Animals transgènics com a bioreactors. Aplicació a la producció de llet i de fàrmacs.
SEMINARIS
Temes proposats:
1. Biosensors. Concepte. Estructura i funcionament. Tipus: electroquímics, redox, FET, termomètrics, òptics, immunosensors. Bioxips Aplicacions en clínica, sector agroalimentari i control mediambiental.
2. Depuració biològica d'aigües residuals. Processos aeròbics i anaeròbics. Demanda biològica d'oxigen (DBO). Tractament d'aigües residuals: esquema de planta depuradora. Fases del tractament. Llacunatge i fangs activats. Compostatge.
3. Bioenergia. Biomassa com a font de recursos renovables. Producció d'etanol. Primeres matèries. Producció de metà (biogàs). Digestió anaeròbia.Producció d’hidrogen.
4. Biomineria i bioreparació. Lixiviació de metalls. Degradació del petroli i recuperació de metalls pesants.
5. Proteïnes i enzims d’organismes extremòfils d’interès industrial. Psicròfils. Termòfils i hipertermòfils. Halòfils. Acidòfils i alcalòfils. Aplicacions industrials.
6. Biopolímers. Classificació. Polisacàrids microbians. Dextrans. Polihidroxialcanoats. Polihidroxibutirat (PHB). Plàstics biodegradables. Aplicacions industrials.
7. Garantia i control de qualitat en els productes biotecnològics. Bones pràctiques de laboratori (GLP) i bones pràctiques de producció (GMP). Procediments normalitzats de treball. Normativa ISO 9000. Unitat de garantia de qualitat i auditories. Desenvolupament de nous fàrmacs. Fases de R+D i pre-clínica. Assaigs clínics en humans.
8. Alliberament al medi ambient d'organismes manipulats genèticament. Alliberament controlat: proves de camp. Impacte medi-ambiental. Organismes "suïcides". Mètodes d'etiquetatge genètic o molecular. Bioseguretat. Avaluació de riscs. Legislació. Etiquetatge.
9. Patents en Biotecnologia. Condicions de patentabilitat. Procediment d’obtenció d’una patent. Patentabilitat de gens i d'organismes. Exemples de patents importants i "guerres" de patents. Impacte econòmic. Empreses capdavanteres en beneficis per patents.
10. Bioètica i legislació en Biotecnologia. Impacte mèdic, social i econòmic de la Biotecnologia. Pràctiques biotecnològiques que poden plantejar problemes ètico-socials. Informació derivada del projecte Genoma Humà. Teràpia gènica i cel·lular. Cèl·lules mare. Utilització d’embrions per a recerca biomèdica. Transplantament de cèl·lules embrionàries. Xenotransplantaments. Generació de teixits a partir de cèl·lules mare. Comitès de Bioètica. Normativa, recomanacions i legislació.
“*Llevat que les restriccions imposades per les autoritats sanitàries obliguin a una priorització o reducció d’aquests continguts.”
L’assignatura de Bioquímica industrial consta de classes teòriques, presentació publica de temes relacionats amb la matèria, i tutories. Les activitats formatives de l’assignatura es complementen amb el lliurament de treballs pel Campus Virtual i participació individual mitjançant fòrums virtuals en debat i opinió sobre temes relacionats amb la biotecnologia.
Per a la presentació pública de temes o seminaris, el grup classe es dividirà en dos subgrups (màxim 30 estudiants per subgrup), les llistes dels quals es faran públiques a començaments de curs. Es realitzaran 10-15 sessions de seminaris durant el curs on els alumnes exposaran els treballs d'autoaprenentatge proposats (vegeu continguts del seminaris). Les presentacions, en format PowerPoint i un resum d'una pàgina com a màxim que inclogui la bibliografia consultada, s'hauran d'enviar al professor una setmana abans a través del Campus Virtual. El professor podrà suggerir canvis o modificacions durant aquella setmana que s'hauran d'incorporar a la presentació.
"*La metodologia docent proposada pot experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.”
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
---|---|---|---|
Tipus: Dirigides | |||
Classes de teoria | 30 | 1,2 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 26, 27, 28, 32 |
Presentació publica de temes relacionats amb la materia | 15 | 0,6 | 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 32 |
Tipus: Supervisades | |||
Fòrum virtual | 4,5 | 0,18 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 32 |
Preparació de les presentacions publiques | 22,5 | 0,9 | 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 32 |
Tutoria | 7,5 | 0,3 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 |
Tipus: Autònomes | |||
Estudi-treball autònom | 48 | 1,92 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 30, 31, 32 |
El sistema d'avaluació consta de: 1) Proves escrites parcials, que consisteixen en preguntes de desenvolupament curt/mitjà 2) Valoració de la presentació publica de temes relacionats amb la matèria (Seminaris) 3) Valoració de la participació en el Campus Virtual segons el nombre, la freqüència i la qualitat de les aportacions.
Resolució de qüestions teòriques (7,5/10)
L’avaluació d’aquesta activitat es realitza mitjançant tres proves parcials escrites, en què l’estudiant ha de demostrar el grau d’assoliment dels conceptes teòrico-pràctics de l’assignatura.
- Les proves parcials, programades al llarg del semestre, avaluen continguts de cadascuna de les tres parts en què es divideix l'assignatura i cadascuna té un pes del 25% en la nota global. Aquestes proves poden eliminar matèria de la prova final sempre i quan s'hagi obtingut una nota igual o superior a 3,5. Igualment, en la prova final caldrà obtenir una qualificació igual o superior a 3,5 de cadascuna de les tres parts per poder fer promig amb la resta de les qualificacions.
- La prova o examen de recuperació es realitza a finals de semestre. Aquesta prova la poden realitzar aquells alumnes que no hagin superat una o més proves parcials o vulguin millorar les qualificacions corresponents. La realització d’aquesta nova prova suposa la renúncia a la primera qualificació.
- Les activitats Seminaris i Campus virtual NO son recuperables.
- La data, l'hora i el lloc de les proves es podran consultar amb la suficient antelació al Campus Virtual de l'assignatura o a la pàgina web de la Facultat.
Avaluació dels seminaris (2,0/10)
En aquesta activitat, s’avalua el grau d’assoliment que té l’estudiant dels temes proposats pel professor i relacionats amb la matèria. Es valorara la presentació oral i discussió del tema presentat per l'estudiant. La nota obtingudaserà la mateixa per a tots els membres del grup, sempre i quan tots ells hagin preparat i exposat de forma equivalent. Es valorarà també la participació (preguntes, intervencions, debat, etc.) dels estudiants assistents a la presentació dels seminaris. Hi haurà una pregunta sobre el contingut presentat en els seminaris a la prova final de recuperació.
- Els alumnes poden presentar el seu seminari en anglès. Aquest concepte es valorará amb 0,5 punts a la nota final dels seminaris.
- La participació als seminaris és obligatòria, tant el dia de la presentació com l'assistència a la resta de seminaris dels companys. Cada falta d'assistència no justificada documentalment serà penalitzada sobre la nota final de seminaris.
La data, l’hora el lloc de les proves es podran consultar amb la suficient antelació en el Campus Virtual de l’assignatura o en la pàgina web de la Facultat.
Avaluació pel Campus Virtual (0,5/10)
Es proposaran periòdicament preguntes sobre temes relacionats amb la matèria. L’estudiant enviarà les seves aportacions mitjançant l’eina de lliurament d’arxius del Campus Virtual.
- Per participar a la recuperació, l'alumnat ha d'haver estat prèviament avaluat en un conjunt d'activitats el pes de les quals equivalgui a un mínim de dues terceres parts de la qualificació total de l'assignatura. Per tant, l'alumnat obtindrà la qualificació de "No Avaluable" quan les activitats d'avaluaciórealitzades tinguin una ponderació inferior al 67% en la qualificació final
Els alumnes repetidors a partir de la segona matrícula de l'assignatura no hauran de dur a terme les activitats docents ni les avaluacions d'aquelles competències superades amb una notasuperior a 5, consistents en els seminaris i les aportacions a través del Campus Virtual.
*"L’avaluació proposada pot experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.”
Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
---|---|---|---|---|
Campus virtual | 5% | 4 | 0,16 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 32 |
Proves parcials i final de teoria | 75% | 4 | 0,16 | 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 25, 28, 32 |
Seminaris | 20% | 14,5 | 0,58 | 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 31, 32 |
Bibliografia bàsica
Bu'lock, J., Kristiansen, B. Biotecnología básica. Acribia. Zaragoza (1991).
Demain, A.L., Davies, J.E. Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2ª ed. American Society for Microbiology (1999).
Gòdia, F., López-Santín, J. Ingeniería bioquímica. Síntesis. Madrid (1998).
Ratledge, C., Kristiansen, B. Basic Biotechnology. 3ª ed. Cambridge University Press. Cambridge (2006).
Scragg, A. Biotecnología para ingenieros: sistemas biológicos en procesos tecnológicos. Limusa-Noriega. Mèxic (1996).
Trevan, M.D., Boffey, S., Goulding, K.H., Stanbury, P. Biotecnología: principios biológicos. 2ª ed. Acribia. Zaragoza (1996).
Walker, J.M., Gingold, E.B. Biología molecular y biotecnología. 2ª ed. Acribia. Zaragoza (1997).
Walker, J.M., Rapley, R. Molecular biology and biotechnology. 4ª ed. Royal Society of Chemistry. Cambridge (2000).
Bibliografia complementària
Atkinson, B., Mavituna, F. Biochemical engineering and biotechnology handbook. 2ª ed. Stockton Press. New York (1991).
Bailey, J.E., Ollis, D.F. Biochemical Engineering Fundamentals. 2ª ed. McGraw-Hill (1996).
Blanch, H.W., Clark, D.S. Biochemical Engineering. Marcel Dekker (1996).
Belter, P.A., Cussler, E.L., Hu, W.S. Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology. John Wiley & Sons (1988).
Buchholz, K., Kasche, V., Bornscheuer, U.T. Biocatalysts and enzyme technology. John Wiley & Sons (2005).
Chaplin, M.F., Bucke, C. Enzyme technology. Cambridge University Press (1990).
Cheftel, J.-C., Cheftel, H., Besançon, P. Introducción a la bioquímica y tecnología de los alimentos. Vols. I y II. Acribia. Zaragoza (1983).
Crueger, W., Crueger, A. Biotecnología: manual de microbiología industrial. Acribia. Zaragoza (1993).
Doble, M., Gummadi, S.N. Biochemical engineering. Prentice-Hall. New Delhi (2007).
Doran, P.M. Principios de ingeniería de los bioprocesos. Acribia. Zaragoza (1998).
Faber, K. Biotransformations in organic chemistry. Springer (1997)
Gacesa, P., Hubble, J. Tecnología de las enzimas. Acribia. Zaragoza (1990).
Hirsch, A.F. Good laboratory practice regulations. Marcel Deker. New York (1989).
Jagnow, G., David, W. Biotecnología: introducción con experimentos modelo. Acribia. Zaragoza (1991).
Katoh, S., Fumitake, Y. Biochemical engineering: A textbook for engineers, chemists and biologists. Wiley-VCH, Weinheim (2009).
Ladish, M.R. Bioseparations engineering: Principles, practice and economics. John Wiley and Sons. New York (2001).
Mcneil, B., Harvey, L.M. Fermentation: A practical approach. IRL Press. Oxford (1990).
Micklos, D.A., Freyer, G.A. DNA science: A first course in recombinant DNA technology. Cold Spring Harbor Laboratory Press. Cold Spring Harbor (1990).
Muñoz, E. Biotecnología y sociedad: encuentros y desencuentros. Cambridge University Press.Madrid (2001).
Najafpour, G.D. Biochemical engineering and biotechnology. Elsevier. Amsterdam (2007).
Oxender, D., Fox, C. Protein engineering. Alan R. Liss. New York (1987).
Parés, R., Jofre, J. Estudi d'un model per al desenvolupament de la Biotecnologia a Catalunya a partir de la situació actual a l'ensenyament, la recerca i la indústria. Col.lecció Informes. CIRIT. Generalitat de Catalunya (1986).
Prentis, S. Biotecnología:una nueva revolución industrial. Salvat. Barcelona (1993).
Rao, DG. Introduction to biochemical engineering. 2ª edició. Tata McGraw-Hill. New Delhi (2010).
Ribéreau-Gayon, J., Peynaud, E., Ribéreau-Gayon, P., Sudraud, P. Traité d'oenologie: sciences et techniques du vin. Dunod. París (1975).
Scriban, R. Biotechnologie. 2ª edició. Technique et Documentation-Lavoisier. París (1984).
Shuler, M.L., Kargi, F. Bioprocess engineering: Basic concepts. 2ª edició. Prentice Hall. Englewood Cliffs (2001).
Smith, J.E. Biotechnology. 4ª ed. Cambridge University Press (2004).
Toledo de la Torre, C., Illescas, M. Biotecnología y patentes. Registro de la Propiedad Industrial (1988).
Watson, J.D., Gilman, M., Witkowski, J., Zoller, M. Recombinant DNA. 2ª edició. W.H. Freman and Co. San Francisco (1992).
Ward, O.P. Biotecnología de la fermentación. Acribia. Zaragoza (1991).
Willig, S.H., Stoker, J.R. Good manufacturing practices for pharmaceuticals. Marcel Deker. New York (1992).
Wiseman,A. Principles of biotechnology. Surrey University Press. London (1983).
Revistes y revisions
Nature. Industrial biocatalysis today and tomorrow. Número 409, p. 258 i següents. Gener 2001.
Nature Biotechnology.
Investigación y Ciencia. Microbiología Industrial. Número 62. Novembre 1981.
Trends in Biotechnology.