Ministerio de Cultura y Educación
Universidad Nacional de San Luis
Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias
Departamento: Ingenieria de Procesos
Área: Procesos Químicos
(Programa del año 2016)
I - Oferta Académica
Materia Carrera Plan Año Periodo
Fundamentos de Bioingeniería Ing. Química Ord.C.D.024/12 2016 1° cuatrimestre
II - Equipo Docente
Docente Función Cargo Dedicación
BALMACEDA, MARIA LUCIANA Prof. Responsable P.Adj Exc 40 Hs
ZANIOLO, STELLA MARIS DEL PIL Prof. Colaborador P.Adj Exc 40 Hs
OLMEDO, LUCIANO JORGE OSVALD Auxiliar de Práctico A.1ra Simp 10 Hs
III - Características del Curso
Credito Horario Semanal Tipificación Duración
Teórico/Práctico Teóricas Prácticas de Aula Práct. de lab/ camp/ Resid/ PIP, etc. Total B - Teoria con prácticas de aula y laboratorio Desde Hasta Cantidad de Semanas Cantidad en Horas
Periodo
 Hs. 3 Hs. 3 Hs. 1 Hs. 7 Hs. 1º Cuatrimestre 14/03/2016 24/03/2016 15 105
IV - Fundamentación
El eje estructural de la materia es la cinética microbiana en sus tres aspectos: utilización del sustrato, formación de producto y producción de biomasa. Se analizan los sistemas de fermentación y sus aplicaciones en bioprocesos.
Los alumnos deben asociar conocimientos adquiridos en: Química Orgánica, Química Analítica, Termodinámica, Fisicoquímica, Balances de Materia y Energía y Fenómeno de Transporte, de modo de comprender los fundamentos de los Procesos Ingenieriles que involucran la utilización industrial de los microorganismos.
V - Objetivos / Resultados de Aprendizaje
Los objetivos de la materia son:
- Obtener una visión global del alcance de la Bioingeniería.
- Proporcionar los conocimientos biológicos básicos de los sistemas presentes en los bioprocesos, junto con una apreciación de los problemas técnicos presentes en el campo industrial.
- Capacitar para el manejo elemental de agentes biocatalíticos.
- Estimular el interés por el desarrollo de procesos bioingenieriles.
- Presentar una perspectiva de la potencialidad de la bioingeniería en el desarrollo industrial.
Para lograr estos objetivos los alumnos deben asociar conocimientos adquiridos en: Química Orgánica, Química Analítica, Termodinámica, Fisicoquímica, Balances de Materia y Energía y Fenómenos de Transporte, de modo de comprender los fundamentos de los Procesos Ingenieriles que involucran la utilización industrial de los microorganismos.
VI - Contenidos
UNIDAD 1: INTRODUCCION
Bioingeniería. Definición. Su relación con otras disciplinas. Campo de acción. El rol del ingeniero químico en el desarrollo de los procesos industriales de base biológica. Ejemplos de procesos de biosíntesis.
UNIDAD 2: ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR
Introducción. Tipos de organización celular. Procariotas. Eucariotas. Pared celular. Estructura de membrana. Núcleo. Mítocondrias. Otras estructuras membranosas.
UNIDAD 3: PROCESOS QUIMICOS DE LA CELULA
Composición elemental. Los nutrientes como fuente de energía. Otros requerimientos adicionales para el crecimiento. Componentes estructurales básicos de la célula: Carbohidratos, grasas y lípidos, esteroides, proteínas y ácidos nucleicos.
UNIDAD 4: BIOLOGIA MOLECULAR
El material hereditario: localización de estructura. La replicación del DNA. RNA. Código genético. Ingeniería genética. Tecnología del DNA recombinante.
UNIDAD 5: VIAS METABOLICAS
Procesos generadores de energía. Fermentación o glucólisis. El ciclo de Krebs.
Fosforilación oxidativa. Vías anapleróticas. Vías anabólica y catabólica. Regulación y control metabólicos.
UNIDAD 6: CINETICA ENZIMATICA
Sistemas enzimáticos: cinética enzimática simple. Gráfica de Lineweaver-Burk. Cinética enzimática compleja. Inhibición enzimática. Acción enzimática sobre materiales poliméricos.
Parámetros eméticos de diferentes bioprocesos. Expresiones para los parámetros eméticos para la actividad celular. Concepto de rendimiento.
Inmovilización de enzimas: técnicas, propiedades y aplicaciones.
UNIDAD 7: CINETICA DE CRECIMIENTO
Crecimiento microbiano. Medición del crecimiento microbiano. Factores que afectan la rapidez de crecimiento. Consumo de nutrientes y formación de productos. Rendimiento de biomasa y de producto.
UNIDAD 8: PREIPARACION Y ESTERILIZACION DE MEDIOS
Preparación de medios. Fuente de carbono, nitrógeno, otros elementos. Formación del producto. Medios industriales. Muerte térmica de los microorganismos. Efecto de la temperatura sobre la velocidad específica de muerte. Determinación experimental de la velocidad de muerte microbiana. Esterilización discontinuo de medios: perfil temperatura- tiempo y cálculos de diseño. Preparación y esterilización continúa de los medios de cultivo. Equipamiento. Perfil temperatura- tiempo. Concepto de tiempo de residencia.
Esterilización del aire en la práctica. Distintos métodos utilizados para esterilización. Esterilización del aire por medios fibrosos: distintos tipos de filtros.
UNIDAD 9-. BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA EN LOS PROCESOS BIOLOGICOS
Principios termodinámicos. Sistema y procesos. Estado estacionario y equilibrio. Ecuación general del balance de materia.
Balances de energía para un cultivo celular. Balances de materia y energía en estado no estacionario. Analogía entre transferencia de materia, calor, cantidad de movimiento en bioprocesos. Importancia de la difusión en el bioprocesado. Consumo de oxígeno en cultivos celulares. Transferencia de masa y respiración microbiana.
UNIDAD 10: PROCESOS BIOTECNOLOGICOS
Productos orgánicos producidos por fermentación: etanol. Acidos orgánicos: ácido cítrico, Acido acético.
Producción de aminoácidos, nucleótidos y compuestos relacionados. Producción de enzimas y antibióticos.
Tratamiento biológico de residuos y bio-remediación de suelos.

VII - Plan de Trabajos Prácticos
TRABAJOS PRÁCTICOS DE AULA
Consistirán en la resolución de problemas oportunamente propuestas por el equipo docente que se realizarán durante el desarrollo de cada unidad temática.
La modalidad de trabajo será individual y/o grupal y tienen recuperación de acuerdo al cronograma de actividades previsto por la asignatura.

TRABAJOS PRÁCTICOS DE LABORATORIO (VISITAS A FÁBRICAS)
Prácticos de laboratorio de cultivo microbiológicos, tinción de Gram, con el objetivo de que el alumno pueda observar las diferentes formas y tipos de bacterias. Realizar recuento.
Práctico de laboratorio en biorreactor para producir ácido acético.
Los trabajos prácticos se complementarán con visitas a establecimientos fabriles del medio y/o de la región donde puedan observarse procesos biotecnológicos a escala de planta piloto y/o industrial.
VIII - Regimen de Aprobación
METODOLOGÍA DE DICTADO Y APROBACIÓN DE LA ASIGNATURA

METODOLOGÍA:

RÉGIMEN DE REGULARIDAD:

Para acceder a la condición de alumno regular, el alumno deberá cumplir los siguientes requisitos:
1. Acreditar el 80% de asistencia a los trabajos prácticos de aula y realización del 100% de los trabajos prácticos de laboratorio y visitas a plantas fabriles organizados por la cátedra.
2. Deberá aprobar tres exámenes parciales o sus recuperaciones con un mínimo de siete puntos. La recuperación de los exámenes se rige por la ordenanza C.S. 32/14. El primer recuperatorio de cada parcial se tomará aproximadamente en el término de una semana y el segundo se realizará al finalizar el cuatrimestre.
El examen final se tomará sobre dos de las bolillas del programa de examen de la asignatura, elegidas al azar por el sistema de bolillero, pero el tribunal podrá efectuar preguntas de relación o integración con las unidades restantes.

Condiciones para promocionar el curso:

Para alcanzar la aprobación de la asignatura el alumno que cumpla con la condición de alumno regular deberá:
• Aprobar un examen cuyo contenido son los fundamentos teóricos de la asignatura.


Régimen de Promoción sin examen final:

Para alcanzar la promoción de la asignatura el alumno deberá:
- Cumplir con los requisitos exigidos para regularizar la asignatura.
- Aprobar los tres parciales o recuperatorios respectivos con una clasificación mayor o igual al 80%.

Régimen de Promoción con examen final para Alumnos Libres:
Todo alumno que se presenta a rendir la asignatura en condición de libre deberá:
1. Aprobar, previo al examen oral (correspondiente a un alumno regular), una evaluación de carácter práctico y de modalidad escrita. Este examen escrito se considerará aprobado cuando responda satisfactoriamente a un 70% de lo solicitado. La aprobación de esta evaluación práctica sólo tendrá validez para el examen teórico final del turno de exámenes en el cual el alumno se inscribió.
2. Para presentarse a rendir el examen final, el alumno libre deberá aprobar previamente un examen de trabajos prácticos que será tomado por el equipo de cátedra dentro de los nueve días anteriores a la fecha del examen.
3. Para presentarse a realizar los Trabajos Prácticos el alumno deberá acreditar todas las correlatividades exigidas en el pan de estudios para rendir la asignatura.
4. La no aprobación de alguna de estas etapas, implica la reprobación del examen final de la asignatura.
IX - Bibliografía Básica
[1] -Scragg A. "Biotecnología para ingenieros' Editorial Limusa S.A. 1996.
[2] -Pauline M. Doran. 'Principios de Ingeniería de los bioprocesos'. Editorial Acribia S.A. 1998
[3] -Bailey J., Ollis D. "Biochemical Engineering Fundamentals". 2da. Edición. Mc Graw Hill, Ine. 1980.
X - Bibliografia Complementaria
[1] -Crueger W., Crueger A. "Biotecnología: Manual de Microbiología Industrial". Editorial Acribia S.A. 1989
[2] -Brown C. M., Campbell I, Priest F.G. "Introducción a la biotecnología" Editorial Acribia S.A. 1989.
[3] -Aiba S., Humprey A., Millis N. "Biochemical Enginecring" Academic Press, N. Y. (1973)
[4] -Trabajos publicados en revistas especializadas.
XI - Resumen de Objetivos
Lograr que el alumno adquiera los conceptos básicos necesarios para el diseño de bioreactores y para la obtención de productos.
XII - Resumen del Programa
Bioingeniería. El rol del ingeniero químico en el desarrollo de los procesos industriales de base biológica.
Cinética enzimática: simple, compleja. Parámetros cinética de diferentes bioprocesos. Concepto de rendimiento. Inmovilización de enzimas. Vías metabólicas. Vías catabólicas. Vías anabólicas.
Cinética de crecimiento, factores que afectan la rapidez de crecimiento. Rendimiento de biomasa y de productos.
Preparación y esterilización de medios. Esterilización continua y discontinua. Medios industriales. Esterilización del aire.
Balances de materia y energía en los procesos biológicos. Estado estacionario y equilibrio. Estado no estacionario. Consumo de oxigeno en cultivos celulares.
Procesos biotecnológicos. Descripción.
XIII - Imprevistos
 
XIV - Otros