Clase 3 Enzimas y Balance de Masa
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1 Cinética del cultivo por lotes No se intercambia materia con los alrededores, excepto lo referente a gases (aireación, producción de CO 2 , etc. ) 0 500 1000 1500 2000 2500 0 2 4 6 8 10 12 Concentración celular Tiempo (días) 39°C 21°C 55°C CRECIMIENTO CELULAR UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER- ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA BIOPROCESOS
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Enzimas y balances de masa.
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Cintica del cultivo por lotes
No se intercambia materia con los alrededores,excepto lo referente a gases (aireacin,produccin de CO2, etc. )
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Cintica del cultivo continuo
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CRECIMIENTO CELULAR
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Sustancias inhibidoras
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AM
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Concentracin de saponina[ppm]
Activacin
Inhibicin
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INTRODUCCIN Y CONCEPTOS GENERALES
II PARTE
LILIANA DEL PILAR CASTRO MOLANOING. QUIMICA PhD.
Profesora Universidad Industrial de SantanderOficina 226
mailto:[email protected]
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Con la actual crisis energtica se estn buscando nuevas fuentes de hidrocarburos. Cada vez estms claro que los biocarburantes obtenidos creciendo levaduras a partir de cereales u otrasfuentes de alimentacin humana tienen ms argumentos en contra que a favor. Una posiblesolucin es el uso de microorganismos para producir biodiesel, sobre todo hay mucho inters enlas bacterias fotosintticas. Gracias a su metabolismo las bacterias producen lpidos que luegoson extrados y procesados para producir biodiesel. Pero a las bacterias les ha salido uncompetidor. Hay compaas que estn investigando con algas eucariotas unicelulares. Como lasbacterias fotosintticas, las algas tambin producen lpidos que luego son transformados enbiodiesel.
Qu ventajas tiene utilizarmicrorganismosfotosintticos paraproducir biocombustiblesen lugar de los mtodosbasados en levaduras yproductos dealimentacin?
Cul de los dos cultivosofrece ms ventajas, omenos inconvenientes,para la produccinindustrial de biodiesel ypor qu?
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Usted necesita saber la capacidad que tiene un inculopara degradar sustratos lignocelulsicos. Describa comopreparara el medio de cultivo para medir dichacapacidad
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La clula es una mquina que necesita energa para realizar sus
trabajos
METABOLISMO CELULAR
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METABOLISMO CELULAR
CRECER
MOVERSE
MANTENERSE
AUTORREPARARSE
REPRODUCIRSE
REACCIONAR A ESTIMULOS
REACCIONES QUMICAS
Metabolismo: todas lastransformaciones qumicasy energticas que ocurrenen los organismos vivos.
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Rutas Metablicas
Anabolismo y Catabolismo
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Anabolismo Sntesis o formacin de biomolculas ms complejas a partir
de otras molculas ms sencillas, con requerimiento deenerga (reacciones endergnicas).
Biosntesis:
Lpidos complejos
Carbohidratos complejos
Protenas
Principal es la Fotosntesis
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Catabolismo Transformacin de biomolculas complejas en
molculas sencillas, para obtener energa enforma de ATP (reacciones exergnicas).
Degradacin:
Lpidos complejos
Carbohidratos complejos
Protenas
Principal es la Respiracin
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Sustrato de crecimiento
Clulas Metabolismo primario
TIPOS DE METABOLITOSU
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TIPOS DE METABOLITOSU
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Sustrato de crecimiento
Clulas
Metabolito primario
Metabolito secundario
Sustrato de crecimiento
ClulasMetabolismo
secundario
Metabolismo primario
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ACTIVIDAD DE APLICACINDescribir el bioproceso y el tipo de metabolismo
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Qu son las enzimas?
Las enzimas son protenas queaceleran la velocidad de lasreacciones qumicas que ocurren enuna clula. Por esto se las conocecomo catalizadores biolgicos
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Cmo funcionan las enzimas?
Producto
Reactivo
Producto
Reactivo
Energa de
Activacin
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licad
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Sin
Catalizar
Catalizada
Energa de Activacin
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PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
ENZIMA
PROTENA
Con cambios de temperatura y acidez
Se desnaturalizan
Actividad enzimtica en funcin de la
temperatura
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temperatura (C)
activ idad
enzimtica
(% )
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APLICACIONES DE LAS ENZIMAS
PROCESO ENZIMA UTILIZADA FUNCIN
Produccin de vinagre Acetobacter aceti (microorganismo)El alcohol es oxidado y convertido en
cido actico
Produccin de queso renina Coagulacin de protenas
Fabricacin de papel celulasas Degradan la celulosa
Industria lctea, industria de
detergentesLipasa
Degradar grasa
Produccin de jarabes
dulcesLactasa
Transforma la lactosa en glucosa y
galactosa
Ventajas de utilizar enzimas inmovilizadas
Facilita el proceso a gran escala Estabiliza la enzima frente a la desnaturalizacin
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1. Qu cambios se esperan que ocurran?
2. Cmo aumentamos la velocidad del proceso?
3. Cmo puede ser operado y controlado el sistema para obtener
los mximos rendimientos ?
4. Cules son las ventajas y desventajas de un bioproceso
Preguntas que nos hacemos en el diseo de un bioproceso.
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BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS BIOLGICOS
LILIANA DEL PILAR CASTRO MOLANOING. QUIMICA PhD.
Profesora Universidad Industrial de SantanderOficina 226
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REPASO DE CONCEPTOS PRELIMINARES..
SISTEMA
ALREDEDORES
FRONTERA: Pueden ser reales o imaginarias
Sistema
Abierto a la masa
Cerrado a la masa
UN PROCESO CAUSA CAMBIOS ENTRE EL SISTEMA Y LOS ALREDEDORES
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I. CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS
VARIACIN CON EL TIEMPO: DINMICO, ESTACIONARIO
TIPO DE OPERACIN
Batch
Semibatch
Fed batch
continuo
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II. ESTADO ESTABLE Y EQUILIBRIOU
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LOS REACTORES OPERADOS TIPO BATCH PUEDEN
ALCANZAR EL ESTADO ESTABLE?
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II. ESTADO ESTABLE Y EQUILIBRIOU
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EXISTE ESTADO DINMICO EN LOS REACTRES
OPERADOS EN CONTINUO?
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Y QUE PASA CON EL EQUILIBRIO?
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Materiales auxiliares
Operacin unitariaMateria prima (sustrato)Producto
Subproducto
Residuos
Agua Energa
Residuos fcilmente
degradables
Residuos inertes Residuos txicos o peligrosos
III. BALANCE DE MASA: DIAGRAMA DE ENTRADAS Y SALIDAS
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III. RECORDANDO EL BALANCE DE MASA
EJEMPLO 1:
En el arranque de un proceso continuo para el tratamiento de aguas
residuales, cada da se adiciona al reactor 105 kg de celulosa y 103 kg de
bacterias. anlisis de laboratorio reportan que a la salida el efluente contiene
104 kg de celulosa y 1.5 x104 kg de bacterias. La velocidad de digestin de
celulosa por parte de las bacterias es de 7 x 104 kg/da. Las bacterias tienen
una velocidad de crecimiento de 2 x 104 kg/da. Se cuantific la muerte por
lisis celular con un valor de 5x 102 kg /da.
Realizar el diagrama del proceso y los respectivos balances de masa.
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IV. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO
EN LOS PROCESOS BIOLGICOS TAMBIN SE CUMPLE LA LEY DE CONSERVACIN DE LA MASA
SUSTRATO (S)
BIOMASA (X) PRODUCTOS (P)
SUSTRATO + BIOMASA PRODUCTO + BIOMASA
TIPOS DE BALANCES: COMPONENTES-ELEMENTAL
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IV. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO
Para qu se cuantifica?
Rendimiento
Balance de masa = kg of esto a partir kg of esto
Y (output / input) Y x/s Y p/s Y ATP/O2 RQ= moles de CO2 producidas/moles de O2
consumidas
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IV. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO
RENDIMIENTO DE BIOMASA A
PARTIR DE SUSTRATO Y x/s
Glucosa [mM]
BiomasaClulas peso seco
[g/L]
AerobicoYx/s=58 mg/mol
AnaerobicoYx/s=22 mg/mol
