Titulación | Tipo | Curso | Semestre |
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2500252 Bioquímica | OB | 3 | 1 |
No hay prerrequisitos oficiales. De todos modos, parte de los contenidos de las asignaturas de 1er curso y 2º curso son necesarios para poder seguir correctamente la asignatura. En especial, los de las asignaturas siguientes: Biocatálisis, Biología molecular, Microbiología y Cultivos Celulares.
La asignatura tiene como objetivos integrar los conocimientos de la bioquímica y la biología molecular con los de la microbiología y la ingeniería bioquímica, haciendo énfasis en su aplicación en los procesos biotecnológicos.
TEORÍA
PARTE I. INTRODUCCIÓN
1. Introducción a la Biotecnología. Historia de la Biotecnología. Definiciones de Biotecnología. Biotecnología tradicional y Biotecnología moderna. Hitos históricos. Elementos del proceso biotecnológico: materias primas, agentes biológicos y productos.
2. Importancia económica y social de la Biotecnología. Productos de interés industrial - Potencialidad de la Biotecnología. Ejemplos: alimentación, energía, sanidad - Sectores industriales - Sectores empresariales- Protección de la propiedad intelectual - Programas públicos de I + D en biotecnología - Biotecnología: perspectivas y preguntas.
PARTE II. EL PROCESO BIOTECNOLÓGICO
3. Materias primas. Materias primas naturales. Subproductos. Derivados del petróleo. Selección y pretratamiento. Ejemplos.
4. Biocatálisis. Los biocatalizadores - Características de los enzimas como biocatalizadores - Ventajas de utilización de los enzimas como biocatalizadores - Criterios de eficacia de las enzimas - Estrategias para el desarrollo de enzimas eficientes - Enzimas industriales - Aplicaciones industriales de los enzimas: alimentación, textil, papel, detergentes, industria farmacéutica - Inconvenientes de utilización de enzimas como biocatalizadores.
5. Biocatalizadores inmovilizados (I). Concepto, características y utilidad industrial Tipos de soportes de inmovilización - Métodos de inmovilización - Tipos de biorreactores para biocatalizadores inmovilizados.
6. Biocatalizadores inmovilizados (II). Propiedades de las enzimas inmovilizados - Especificidad de sustrato -Efectos de la inmovilización sobre la actividad y las propiedades cinéticas de los enzimas: reparto y velocidad de difusión - Ventajas y desventajas de la inmovilización de los enzimas - Aplicaciones industriales de los enzimas inmovilizados - Células inmovilizadas.
7. Células microbianas (I). Microorganismos de interés industrial - Ventajas de los microorganismos Composición elemental de los microorganismos y de los medios de cultivo - Obtención, selección y conservación de microorganismos - Colecciones de cepas tipo.
8. Células microbianas (II). Manipulación genética e ingeniería metabólica de microorganismos - Mejora de cepas por mutagénesis, recombinación génica y técnicas de DNA recombinante.
9. Fermentaciones. Concepto de fermentación - Regímenes de funcionamiento - Fermentación discontinua, discontinua alimentada, continua y perfusión - Cinética del crecimiento de un cultivo discontinuo - Parámetros cinéticos: velocidad específica de crecimiento (μm) y constante de Monod (KS), Rendimiento global (YX/S), cociente metabólico (qS) - Factores que afectan a la velocidad de crecimiento - Cinética de la formación de producto - Productos del metabolismo primario y secundario - Rendimiento de producto (YP/S).
10. Fermentación en continuo. Ventajas e inconvenientes de la fermentación en continuo. Tipo de fermentación en continuo: quimiostato y turbidostato. Balance material de células. Tasa de dilución (D). Extinción del cultivo por dilución: wash-out. Balance material de nutriente limitante. Productividad. Enriquecimiento. Contaminación.
PARTE III. BIORREACTORES
11. Diseño de biorreactores. Concepto de biorreactor. Tipo de biorreactores. Escalas de trabajo. Elementos de un biorreactor. Requerimientos de los biorreactores industriales. Instalaciones auxiliares.
12. Funcionamiento de un biorreactor. Operaciones asépticas. Inoculación aséptica y obtención de muestras. Juntas y válvulas. Medida y control de las condiciones de fermentación: temperatura, pH, concentración de oxígeno disuelto (DO), formación de espuma, consumo y formación de gases y productos. Coeficiente respiratorio (RQ). Control por ordenador del biorreactor. Estudio del perfil típico de una fermentación.
13. Esterilización del biorreactor y de los medios de cultivo. Consideraciones generales. Esterilización del medio de cultivo. Métodos de esterilización. Esterilización por calor. Teoría de la esterilización por calor. Cálculo de la duración de la esterilización de un medio. Esterilización en continuo. Esterilización por filtración. Esterilización del aire.
14. Aireación del biorreactor. Consideraciones generales. Transferencia de materia gas-líquido. Velocidad específica de captación de oxígeno. Concentración crítica de oxígeno (CCRIT). Coeficiente de transferencia de oxígeno. Consideraciones que afectan a la velocidad de transferencia del oxígeno. Determinación experimental de kLa. Elementos empleados en la aireación: tipos y eficacia. Hold-up: concepto y distribución en biorreactores con agitación.
15. Agitación del biorreactor. Geometría y tipos de agitadores. Potencia necesaria para la agitación: número de potencia y número de Reynolds. Potencia necesaria para los biorreactores agitados y aireados: número de aireación. Potencia necesaria para la agitación y aireación de fluidos newtonianos y no newtonianos.
PARTE IV. PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS
16. Bioseparaciones. Procesamiento de productos de la fermentación. Diseño del proceso y cambios de escala. Evaluación del coste del proceso en función de los requerimientos de pureza y del rendimiento. Diseño de los aparatos de tipo industrial y aplicaciones. Homogenización. Centrifugación. Filtración. Cromatografía. Secado. Liofilización.
17. Producción de enzimas a escala industrial. Agentes inactivadores de los enzimas. Estabilización de las preparaciones enzimáticas. Aditivos. Efecto de los iones. Evaluación de calidad y seguridad de las preparaciones enzimáticas.
18. Productos biológicos de interés industrial. Productos del metabolismo primario y secundario. Producción de etanol, acetona-butanol, glicerol, ácido láctico y glutamato.
19. Producción de antibióticos. Principales clases de antibióticos. Antibióticos naturales y semisintéticos. Mecanismos de resistencia a los antibióticos. Producción de penicilina.
20. Productos de la industria alimentaria y de bebidas. Introducción a la producción de alimentos y bebidas fermentadas. Microorganismos autorizados (GRAS). Bioquímica de la producción de bebidas alcohólicas. Bioquímica de la obtención de productos lácticos y cárnicos. Bioquímica dela fermentación del pan. Bioquímica de los aditivos alimentarios. Control de calidad.
21. Productos de la agricultura y de la ganadería. Plantas transgénicas. Resistencia de plantas a herbicidas, pesticidas, insectos y condiciones ambientales extremas. Bioinsecticidas. Mejora de la calidad final del producto. Animales transgénicos como biorreactores. Aplicación a la producción de leche y de fármacos.
SEMINARIOS
Temas propuestos:
1. Biosensores. Concepto. Estructura y funcionamiento. Tipo: electroquímicos, redox, FET, termométricos, ópticos, inmunosensores. Biochips. Aplicaciones en clínica, sector agroalimentario y control medioambiental.
2. Depuración biológica de aguas residuales. Procesos aeróbicos y anaeróbicos. Demanda biológica de oxígeno (DBO). Tratamiento de aguas residuales: esquema de planta depuradora. Fases del tratamiento. Lagunaje y lodos activados. Compostaje.
3. Bioenergía. Biomasa como fuente de recursos renovables. Producción de etanol. Materias primas. Producción de metano (biogás). Digestión anaeróbica. Producción de hidrógeno.
4. Biomineria y bioremediación. Lixiviación de metales. Degradación del petróleo y recuperación de metales pesados.
5. Proteínas y enzimas de organismos extremófilos de interés industrial. Psicrófilos. Termófilos e hipertermófilos. Halófilos. Acidófilos y alcalófilos. Aplicaciones industriales.
6. Biopolímeros. Clasificación. Polisacáridos microbianos. Dextranos. Polihidroxialcanoatos. Polihidroxibutirato (PHB). Plásticos biodegradables. Aplicaciones industriales.
7. Garantía y control de calidad en los productos biotecnológicos. Buenas prácticas de laboratorio (GLP) y buenas prácticas de producción (GMP). Procedimientos normalizados de trabajo. Normativa ISO 9000. Unidad de garantía de calidad y auditorías. Desarrollo de nuevos fármacos. Fases de I + D y pre-clínica. Ensayos clínicos en humanos.
8. Liberación al medio ambiente de organismos manipulados genéticamente. Liberación controlada: pruebas de campo. Impacto medioambiental. Organismos "suicidas". Métodos de etiquetado genético o molecular. Bioseguridad. Evaluación de riesgos. Legislación. Etiquetado.
9. Patentes en Biotecnología. Condiciones de patentabilidad. Procedimiento de obtención de una patente. Patentabilidad de genes y de organismos. Ejemplos de patentes importantes y "guerras" de patentes. Impacto económico. Empresas líderes en beneficios por patentes.
10. Bioética y legislación en Biotecnología. Impacto médico, social y económico de la Biotecnología. Prácticas biotecnológicas que pueden plantear problemas ético-sociales. Información derivada del proyecto Genoma Humano. Terapia génica y celular. Células madre. Utilización de embriones para investigación biomédica. Trasplante de células embrionarias. Xenotrasplantes Generación de tejidos a partir de células madre. Comités de Bioética. Normativa, recomendaciones y legislación.
“*A menos que las restricciones impuestas por las autoridades sanitarias obliguen a una priorización o reducción de estos contenidos.”
La asignatura de Bioquímica industrial consta de clases teóricas, presentación publica de temas relacionados con la materia, y tutorías. Las actividades formativas de la asignatura se complementan con la entrega de trabajos por el Campus Virtual y participación individual mediante foros virtuales en debate y opinión sobre temas relacionados con la biotecnología.
Para la presentación pública de temas o seminarios, el grupo clase se dividirá en dos subgrupos (máximo 30 estudiantes por subgrupo), las listas de los que se harán públicas a comienzos de curso. Se realizarán 10-15 sesiones de seminarios durante el curso donde los alumnos expondrán los trabajos de autoaprendizaje propuestos (ver contenidos del seminarios). Las presentaciones, en formato PowerPoint y un resumen de una página como máximo que incluya la bibliografía consultada, se deberán enviar al profesor una semana antes a través del Campus Virtual. El profesor podrá sugerir cambios o modificaciones durante esa semana que deberán incorporarse a la presentación.
“*La metodología docente propuesta puede experimentar alguna modificación en función de las restricciones a la presencialidad que impongan las autoridades sanitarias.”
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
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Tipo: Dirigidas | |||
Clases de teoría | 30 | 1,2 | 1, 2, 3, 16, 5, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 21, 19, 20, 23, 24, 26, 27, 28, 32 |
Presentación pública de temas relacionados con la materia | 15 | 0,6 | 1, 2, 3, 4, 16, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 13, 14, 18, 21, 19, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 32 |
Tipo: Supervisadas | |||
Forum virtual | 4,5 | 0,18 | 1, 2, 3, 16, 5, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 21, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 32 |
Preparación de las presentaciones públicas | 22,5 | 0,9 | 1, 2, 3, 4, 16, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 13, 14, 18, 21, 19, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 32 |
Tutoría | 7,5 | 0,3 | 1, 2, 3, 4, 16, 5, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 21, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 |
Tipo: Autónomas | |||
Estudios y trabajos autónomos | 48 | 1,92 | 1, 2, 3, 16, 5, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 21, 19, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 30, 31, 32 |
El sistema de evaluación consta de: 1) Pruebas escritas parciales, que consisten en preguntas de desarrollo corto / medio 2) Valoración de la presentación publica de temas relacionados con la materia (Seminarios) 3) Valoración de la participación en el Campus Virtual según el número, la frecuencia y la calidad de las aportaciones.
Resolución de cuestiones teóricas (7,5 / 10)
La evaluación de esta actividad se realiza mediante tres pruebas parciales escritas, en que el estudiante debe demostrar el grado de consecución de los conceptos teórico-prácticos de la asignatura.
- Las pruebas parciales, programadas a lo largo del semestre, evalúan contenidos de cada una de las tres partes en que se divide la asignatura y cada una tiene un peso del 25% en la nota global. Estas pruebas pueden eliminar materia de la prueba final siempre y cuando se haya obtenido una nota igual o superior a 3,5. Igualmente, en la prueba final será necesario obtener una calificación igual o superior a 3,5 de cada una de las tres partes para poder hacer promedio con el resto de las calificaciones.
- La prueba o examen de recuperación se realiza a finales de semestre. Esta prueba la pueden realizar aquellos alumnos que no hayan superado una o más pruebas parciales o quieran mejorar las calificaciones correspondientes. La realización de esta nueva prueba supone la renuncia a la primera calificación.
- Las actividades Seminarios y Campus virtual NO son recuperables.
- La fecha, la hora y el lugar de las pruebas se podrán consultar con la suficiente antelación en el Campus Virtual de la asignatura o en la página web de la Facultad.
Evaluación de los seminarios (2,0 / 10)
En esta actividad, se evalúa el grado de consecución que tiene el estudiante de los temas propuestospor el profesor y relacionados con la materia. Se valorará la presentación oral y discusión del tema presentado por el estudiante. La nota obtingudaserà la misma para todos los miembros del grupo, siempre y cuando todos ellos hayan preparado y expuesto de forma equivalente. Se valorará también la participación (preguntas, intervenciones, debate, etc.) de los estudiantes asistentes a la presentación de los seminarios. Habrá una pregunta sobre el contenido presentado en los seminarios a la prueba final de recuperación.
- Los alumnos pueden presentar su seminario en inglés. Este concepto se valorará con 0,5 puntos en la nota final de los seminarios.
- La participación en los seminarios es obligatoria, tanto el día de la presentación como la asistencia al resto de seminarios de los compañeros. Cada falta de asistencia no justificada documentalmente será penalizada sobre la nota final de seminarios.
La fecha, la hora el lugar de las pruebas se podrán consultar con la suficiente antelación en el Campus Virtual de la asignatura o en la página web de la Facultad.
Evaluación por el Campus Virtual (0,5 / 10)
Se propondrán periódicamente preguntas sobre temas relacionados con la materia. El estudiante enviará sus aportaciones mediante la herramienta de entrega de archivos del Campus Virtual.
- Para participar en la recuperación, el alumnado debe haber sido previamente evaluado en un conjunto de actividades el peso de las que equivalga a un mínimo de dos terceras partes de la calificación total de la asignatura. Por lo tanto, el alumnado obtendrá la calificación de "No Evaluable" cuando las actividades de avaluaciórealitzades tengan una ponderación inferior al 67% en la calificación final
Los alumnos repetidores a partir de la segunda matrícula de la asignatura no deberán llevar a cabo las actividades docentes ni las evaluaciones de aquellas competencias superadas con una nota superior a 5, consistentes en los seminarios y las aportaciones a través del Campus Virtual
“*La evaluación propuesta puede experimentar alguna modificación en función de las restricciones a la presencialidad que impongan las autoridades sanitarias.”
Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
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Campus Virtual | 5% | 4 | 0,16 | 2, 3, 16, 5, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 21, 19, 20, 23, 24, 25, 28, 32 |
Pruebas parciales y final de teoría | 75% | 4 | 0,16 | 1, 2, 3, 16, 5, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 21, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 32 |
Seminarios | 20% | 14,5 | 0,58 | 1, 2, 3, 4, 16, 6, 9, 10, 7, 8, 11, 13, 14, 17, 18, 21, 19, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 31, 32 |
Bibliografia básica
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 complementaria
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).
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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).
Revistas y revisiones
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