ESPECIALISTA EN INGENIERÍA BIOQUÍMICA

– Conocer la biología de los organismos y las células de interés industrial.
– Aprender los aspectos más importantes de la cinética.
– Aspectos básicos de los biorreactores.
– Modelación de los procesos biológicos.

UNIDAD DIDÁCTICA 1. FUNDAMENTOS DE GENÉTICA
La herencia, perspectiva histórica
¿Qué se entiende por genética?
Ácidos nucleicos
– El ADN
– El ARN
– Nucleótidos no nucleicos
Genética molecular
– Replicación del ADN
– Transcripción
– Traducción
Las mutaciones
División celular
– Los cromosomas
– Mitosis
– Meiosis
– Gametogénesis humana

UNIDAD DIDÁCTICA 2. APLICACIONES DE LOS CULTIVOS CELULARES
Métodos de fusión celular, hibridomas, obtención, selección
– Condiciones necesarias para el desarrollo de los patógenos
– Componentes de los medios de cultivo
– Preparación de los medios de cultivo
Anticuerpos monoclonales. Metodologías de producción. Aplicaciones en diagnóstico, terapéutica y producción de otras moléculas
– Metodologías de producción
– Aplicaciones en diagnóstico, terapéutica y producción de otras moléculas
Producción de proteínas terapéuticas en cultivos de células animales
Metodologías para la modificación genética de células vegetales
Plantas y alimentos transgénicos. Problemas legales y de percepción pública
Fermentaciones microbianas, genómica y biotecnología para la salud (animales trangénicos, diagnóstico precoz y terapia génica, obtención de proteínas sanguíneas, hormonas humanas, moduladores inmunitarios y vacunas)
Calidad y seguridad alimentaria (plantas trangénicas, aditivos, OMGs)

UNIDAD DIDÁCTICA 3. ANÁLISIS DEL METABOLISMO DE PRINCIPIOS INMEDIATOS Y OTROS COMPUESTOS METABÓLICOS
Metabolismo hidrocarbonado
– Determinaciones
– Patrones de alteración
Metabolismo lipídico y de lipoproteínas
– Determinaciones
– Patrones de alteración
Metabolismo proteico
– Determinaciones
– Patrones de alteración proteica
Metabolismo intermediario
– Determinaciones
– Patrones de alteración de estos metabolitos
Vitaminas. Tipos y aplicaciones

UNIDAD DIDÁCTICA 4. APLICACIONES DE LOS MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA
Descripción general. Evolución histórica. Descubrimientos y avances del conocimiento que llevaron al desarrollo de las nuevas biotecnologías. Disciplinas y campos de actividad
– Evolución histórica
– Descubrimientos y avances del conocimiento que llevaron al desarrollo de nuevas biotecnologías
– Disciplinas y campos de actividad
Tecnologías concurrentes. Su vinculación con las disciplinas básicas
Importancia económica: mercados, productos y perspectivas de desarrollo
Características particulares. Estado actual: en el mundo, la región y el país
Modos de producción: cultivos de células, tecnología enzimática, bioconversiones
– Cultivo de células
– Tecnología enzimática
– Bioconversiones
Panorama de las industrias que utilizan biotecnologías: productos, mercados, tecnologías
Conceptos generales sobre el desarrollo de productos biotecnológicos
Relaciones entre la biotecnología y la industria química
Biotecnología ambiental y de desarrollo sostenible (biocarburantes y biosemedación)

UNIDAD DIDÁCTICA 5. CINÉTICA ENZIMÁTICA
Catálisis enzimática
– Clasificación de las reacciones catalíticas
– Características de la catálisis enzimática
– El centro activo
Estudio enzimático: características y fisiología
– Clasificación de las enzimas
– Actividad enzimática: la energía libre de Gibbs, el estado de transición y la energía de activación
– Unión de la enzima con el sustrato
– Catálisis enzimática
Cinética enzimática
– Estudio detallado del modelo de Michaelis-Menten
– Unidades de medida de la actividad enzimática
– Cinética de las reacciones con un solo sustrato
– Reacciones enzimáticas con más de un sustrato: mecanismos secuenciales y mecanismo de doble desplazamiento
– Reacciones enzimáticas con inhibición
– Isozimas
Variación de la actividad enzimática con la temperatura y el pH
– Efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática
– Efecto del pH sobre la actividad enzimática
Estudio aplicado de la actividad catalítica de las enzimas en el laboratorio
– Valor numérico de la actividad enzimática: diferentes métodos analíticos

UNIDAD DIDÁCTICA 6. CINÉTICA MICROBIANA
La cinética de crecimiento microbiana
– Tasa de generación
– Determinación de la tasa de generación
Estequiometría del crecimiento microbiano
– Consideraciones previas
Análisis de la estequiometría de cinética mircobiana
Rendimiento de la biomasa: consumo de sustratos y obtención de productos
Generación de calor
Esteoquiometría de formación de producto
Balance de electrones
Modelos estructurados y segregados

UNIDAD DIDÁCTICA 7. BIOCATALIZADORES INMOVILIZADOS
Conceptos generales
Inmovilización de enzimas
– Inmovilización de enzimas por adsorción física
– Inmovilización por atrapamiento
– Inmovilización en membranas
– Inmovilización por entrecruzamiento
– Inmovilización por enlaces covalentes
Selección del método de inmovilización
– Requisitos mínimos lógicos
Cinética de los biocatalizadores inmovilizados
Efectos de la inmovilización sobre la actividad enzimática
– Efectos conformacionales y estéricos
– Efectos de partición
– Limitación de la difusión
Aplicaciones de los biocatalizadores inmovilizados

UNIDAD DIDÁCATICA 8. ASPECTOS BÁSICOS DE LOS BIORREACTORES
El concepto de biorreactor
Demostraciones numéricas del crecimiento de microorganismos: ecuación de Monod
Balances de materia y energía
– Balance de materia
– Balance de energía
Clasificación de los reactores
Balance de masa general para cualquier tipo de reactor
– Cálculo en reactores discontinuos
– Cálculo en reactores semicontinuos
– Cálculo en reactores continuos: reactores tanque agitados continuos
– Cálculo en reactores continuos: reactor de flujo en pistón
– Cálculo en reactores continuos: reactores empacados
Reactor de tanque agitado continuo
– Descripción general
Reactor discontinuo de tanque agitado
Reactor tipo Batch
Reactor continuo de flujo pistón (PFR)
Flujo no ideal
– Función de distribución de tiempos de residencia
– Determinación experimental de la curva DTR
– La curva C y la curva F
– Caracterización de la función DTR
Modelos de flujo no ideal
– Flujo disperso en pistón
– Modelo de tanques en serie
Determinación del tiempo de mezcla de un reactor

UNIDAD DIDÁCTICA 9. AGITACIÓN, AERACIÓN Y ESTERILIZACIÓN
Aeración
– Determinación experimental del coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno
– Determinación del balance de oxígeno
– Método dinámico
– Dependencia del coeficiente de los parámetros operacionales
Agitación. Agitación en sistemas aerados
– Fermentadores con agitación por burbujeo
– Fermentadores con agitación por ruedas de paletas
– Caracterización de la agitación
Esterilización
– Esterilización térmica del medio de cultivo: calor seco
– Esterilización térmica del medio de cultivo: calor húmedo
– Esterilización por filtración
– Esterilización por radiaciones

UNIDAD DIDÁCTICA 10. BIORREACTORES NO CONVENCIONALES
Introducción a los reactores catalíticos
Biorreactores de lecho fijo
– Tipos de reactores de lecho fijo
– Consideraciones de diseño
Biorreactores pulsantes
– Columna de platos pulsantes
– Sistemas no oscilantes
Biorreactores agitados por fluidos
– Biopartículas
– Lechos fluidizados
– Fermentadores air-lift
Reactores de membrana
Fermentación extractiva
Membranas de separación de gases basadas en conductores iónicos mixtos
Fotobiorreactores para el cultivo masivo de algas
– Fotobiorreactores abiertos
– Fotobiorreactores cerrados

UNIDAD DIDÁCTICA 11. MODELIZACIÓN DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS
Aplicaciones de la modelización
Tipos de modelos
– Los modelos S-system
Metodología de la modelización
– Construcción y estructura matemática de un modelo
– Métodos de optimización de modelos
– Resolución de los Modelos
Lenguajes de simulación
– Terminología
Modelización, instrumentación y control

UNIDAD DIDÁCTICA 12. INSTRUMENTACIÓN
Características de la instrumentación utilizada en bioprocesos
Equipos de toma de muestra
– Equipos de toma de muestra directos
– Equipos de toma de muestra indirectos
Sensores de parámetros físicos y químicos
– Temperatura
– Presión
– Velocidad
– Espuma
– pH
Análisis de las propiedades hidrodinámicas
Análisis de sustratos y productos
– Análisis de biomasa y características celulares
– Biosensores
– Análisis por inyección de flujo (FIA)
Análisis de los gases de salida de fermentación
– Cálculo de la composición de los gases de una corriente gaseosa (fracción molar)
– Cálculo de la OUR-CER-RQ
Sensores lógicos (software sensors)
– Estimación de variables de estado
– Estimación conjunta de variables de estado y parámetros

UNIDAD DIDÁCTICA 13. CONTROL
Objetivos del control. Introducción y características del proceso
– Definiciones y criterios de medición y control
– Lazos de control básico. Lazos de control local y disperso
Las técnicas de control
– Elementos del lazo de control; sensor o elemento primario, transmisor, variable de proceso, punto de consigna, señal de salida, elemento final de control, variable controlado, variable manipulado.
– El Controlador. Descripción mediante ejemplo del lazo de control. Lazo abierto y lazo cerrado
– Control manual. Control automático. Lazo abierto y lazo cerrado
– Control de 2 posiciones. Control todo/nada (on/off).
– Control proporcional, integral, derivativo. Control PID.
– Otros tipos de control: de relación, en cascada, de adelanto, programado.
Interpretación de planos y esquemas de instrumentos y lazos de control local
Señales digitales
– SCADAS
– Autómatas Programables (PLC´s)
Aplicaciones del control en la industria química. Esquemas típicos de control
– Calderas de vapor: control de combustión, control de nivel, seguridad de llama
– Secaderos y evaporadores
– Horno túnel
– Columnas de destilación
– Intercambiadores de calor
UNIDAD DIDÁCTICA 14. CAMBIOS DE ESCALA EN BIORREACTORES
Análisis general del proceso de cambio de escala en reactores
Teoría de la similitud
Consecuencias del cambio de escala de operación
Escalado en tanque con agitación
– Criterios de escalado
– Potencia por unidad de volumen constante
– Velocidad de agitación constante
Análisis de régimen y scale-down

UNIDAD DIDÁCTICA 15. PROCESOS DE SEPARACIÓN
Homogeneización. Extracción. Precipitación. Centrifugación. Filtración. Electroforesis
– Homogeneización
– Extracción
– Precipitación
– Centrifugación
– Filtración
– Sedimentación
– Electroforesis
Disrupción celular
– Métodos no mecánicos
– Métodos mecánicos
Aplicaciones cromatográficas
– Clasificación de los métodos cromatográficos
– Cromatografía en columna (CC)
– Cromatografía en papel (CP)
– Cromatografía en capa fina (CCF)
– Cromatografía de líquidos
– Cromatografía de gases
Técnicas electroforéticas: preparación de geles, revelado de bandas de cadenas nucleotídicas y proteínas. Clasificación y almacenamiento de los residuos electroforéticos. Procesado y registro de imágenes
– Medios soportes de electroforesis zonal
– Factores que dependen del sistema electroforético
– Métodos de detección en electroforesis

UNIDAD DIDÁCTICA 16. USO DE BIORREACTORES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS
Introducción
Evolución histórica e implantación a nivel mundial
¿Qué son los MBR?
– Bioreactores con membrana integrada o sumergida
– Membranas externas o con recirculación al bioreactor
Ventajas e inconvenientes de los MBR
Criterios para el control del proceso
– Pretratamiento
– Reactor aerobio
– Purga y decantabilidad de fangos
– Necesidades de oxígeno
– Tasa de recirculación
– Microbiología esperada
– Características del agua de alimentación
Unidad de ultrafiltración
– Fundamentos del proceso