Materia	Carrera	Plan	Año	Periodo
Fundamentos de Bioingeniería	INGENIERÍA QUÍMICA	Ord 24/12-17/22	2022	1° cuatrimestre

Docente	Función	Cargo	Dedicación
BALMACEDA, MARIA LUCIANA	Prof. Responsable	P.Adj Exc	40 Hs
OLMEDO, LUCIANO JORGE OSVALD	Responsable de Práctico	JTP Exc	40 Hs

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.

Análisis de aprendizaje:
- Conocer el campo de la Biotecnología y su relación con otras disciplinas para identificar las áreas en las cuales podemos desarrollarnos como profesionales.
- Interpretar las diferencias entre tipos de células y las funciones de los diferentes componentes celulares para poder aplicar esos conceptos a los bioprocesos.
- Reconocer los diferentes modelos cinéticos en reacciones enzimáticas y microbianas para poder determinar parámetros cinéticos de la reacción.
- Clasificar los sistemas de operación de los cultivos microbianos para reconocer sus características de diseño.
- Realizar un bioproceso a escala laboratorio para poder determinar en la práctica: consumo de sustrato, desarrollo de biomasa y formación de producto, aplicando métodos analíticos y fisicoquímicos.
- Adquirir hábitos de trabajo en equipo en laboratorios y cuidados a tener en cuenta en el desarrollo de procesos biológicos, para sumar aptitudes como futuros profesionales.
- Formular balances de materia y energía adecuados para poder determinar parámetros de diferentes bioprocesos.

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. Mitocondrias. 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 anabólicas. Regulación y control metabólicos.
UNIDAD 6: 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 7: 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 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 continua 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. Ácidos orgánicos: ácido cítrico, Ácido acético.
Producción de aminoácidos, nucleótidos y compuestos relacionados. Producción de enzimas y antibióticos.
Tratamiento biológico de residuos y bio-remediación de suelos.

Los trabajos prácticos se encuentran enmarcados en aprendizaje basado en problemas, propuesto por el equipo docente que se realizarán durante el desarrollo de cada unidad temática.
La modalidad de trabajo será individual y/o grupal, según cronograma de actividades previsto por la asignatura. Los mismos serán evaluados mediante parciales.
Trabajos prácticos de laboratorio se lleva a cabo una producción de hidromiel en biorreactor, donde el estudiante debe aplicar todos los conocimientos adquiridos a lo largo del curso, para la aprobación del mismo se debe presentar un informe que puede ser presentado en forma electrónica (vía mail) o en papel.
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.
En la última unidad los estudiantes deberán realizar un aprendizaje colaborativo, se fomenta el trabajo en equipo, al finalizar deben presentar un informe y exposición de no más de 10 min sobre el material que se les brinda de un bioproceso.

TRABAJO PRACTICO N° 1: Taxonomía
TRABAJO PRACTICO N° 2: Cinética microbiana
TRABAJO PRACTICO N° 3: Cinética enzimática
TRABAJO PRACTICO N° 4: Balances de materia y energía
PRESENTACIÓN: Exposición de un bioproceso

A - METODOLOGÍA DE DICTADO DEL CURSO
La asignatura cuenta con clases teóricas donde las primeras unidades son introductorias al conocer de la biotecnología, conceptos básicos de la microbiología (diferenciar tipos de células, estructura y función celular, material genético y vías metabólicas). Las unidades posteriores presentan conocimientos de cinéticas de reacción y aplicaciones de balances de materia y energía a bioreactores. Cada una de estas clases teóricas esta seguida de sus respectivos trabajos prácticos.
A modo de que cada estudiantes ver sus capacidades o competencias se propone un trabajo en equipo, sobre un tema específico brindado por la cátedra, donde se pretende fortalecer el trabajo en equipo, la exposición oral y formato de presentación.
Al finalizar el curso los estudiantes realizan un laboratorio de hidromiel lo que le permite integrar los conocimientos adquiridos.


B – CONDICIONES PARA REGULARIZAR EL CURSO:

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 parciales se tomará aproximadamente en el término de una semana. Los alumnos que trabajan y hubieran acreditado esa situación en tiempo y forma, tendrán derecho a otra recuperación, al final del dictado de la asignatura, cualquiera sea su situación con respecto al número de parciales aprobados (Ord. C.S. 32/14)


C – RÉGIMEN DE APROBACIÓN CON EXAMEN FINAL:

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.

D – 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%.


E -RÉGIMEN DE APROBACIÓN PARA ESTUDIANTES LIBRES:

El curso no contempla régimen de aprobación para estudiantes libres.

[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.
[4] Bibliografía disponible en biblioteca.

[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.
[5] bibliografía disponible en biblioteca.

Lograr que el alumno adquiera los conceptos básicos necesarios para el diseño de biorreactores y para la obtención de productos.

Bioingeniería. El rol del ingeniero químico en el desarrollo de los procesos industriales de base biológica
Cinética de crecimiento, factores que afectan la rapidez de crecimiento. Rendimiento de biomasa y de productos.
Cinética enzimática: simple, compleja. Parámetros cinética de diferentes bioprocesos. Concepto de rendimiento. Inmovilización de enzimas. Vías metabólicas. Vías catabólicas. Vías anabólicas.
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 oxígeno en cultivos celulares.
Procesos biotecnológicos. Descripción.