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Dr Marcelo Marcet

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Title: Dr Marcelo Marcet


1
  • Dr Marcelo Marcet
  • Profesor de Bioquímica
  • Facultad de Ingeniería Química
  • Universidad de Matanzas. CUBA.

2
La Ingeniería Bioquímicaun enfoque
Biotecnológicode futuro
3
(No Transcript)
4
el prefijo Bio significa Vida
Las Biotecnologías son tecnologías vivas?
Bio Vida
5
BIO TECNOLOGÍA
la parte viva, la constituyen
  • Microorganismos
  • Células animales
  • Células vegetales
  • Extractos de células animales y vegetales
  • Organismo vegetal
  • Organismo animal

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BIOTECNOLOGÍA
Son procesos vivos!
7
ESQUEMA DE UN PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Agente Biológico
Material o Sustrato
Producto
Agente Biológico
Útil al hombre
Económicamente viable,
8
Examinemos cada uno de los componentes del esquema
9
PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Como resultado del desarrollo del proceso
biotecnológico se obtiene un PRODUCTO.
Producto
Útil al hombre
Este producto tiene que ser útil, es decir cubrir
una necesidad y además, FACTIBLE DE PRODUCIR.
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Algunos Ejemplos de Productos Estudiados
  • Cervezas
  • Etanol
  • Etanol anhidro
  • Vinos
  • Biomasa
  • Microorganismos probióticos y prebióticos
  • Residuales

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PROCESO BIOTECNOLÓGICO
  • Parte VIVA de la Biotecnología
  • Microorganismos
  • Plantas
  • Animales
  • (o sus extractos)

Agente Biológico
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PROCESO BIOTECNOLÓGICO
EL MATERIAL o SUSTRATO debe ser un producto de
bajo costo o fuente de desecho, capaz de ser
transformado por la acción de los elementos vivos
en otro producto de utilidad.
Material o Sustrato
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Materiales o Sustratos más estudiados.
  • Sacarosa
  • Frutas tropicales
  • Mieles y jugo de caña
  • Cebada y adjuntos amilaceos.
  • Lignocelulosas
  • Residuales de procesos.

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PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Este proceso tiene que ser
Económicamente viable
La utilidad del producto final que se obtiene
incluye la factibilidad económica de su
producción, que lo haga rentable y que origine
ganancias.
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Cuáles son las ciencias que contribuyen a la
Biotecnología en los estudios universitarios
  • Ciencias Básicas
  • Ciencias Naturales
  • Ciencias Ingenieriles
  • Ciencias Económicas
  • Ciencias Jurídicas

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  • Como se conoce la Biotecnología es
    MULTIDISCIPLINARIA,
  • Muchas Ciencias, muchas tecnologías forman parte
    de la misma y contribuyen a su desarrollo.
  • Mencionaremos algunas disciplinas Biológicas e
    Ingenieriles que tributan a la Biotecnología.

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Bioquímica
18
BIOQUÍMICA
Posee un amplio campo de acción en el desarrollo
biotecnológico relacionado con
  • Aislamiento y purificación de moléculas
    biológicas (ADN, ARN, enzimas, otras proteínas,
    lípidos, carbohidratos).
  • Obtención y purificación de extractos celulares.
  • Estudios enzimáticos de los procesos
    biotecnológicos.
  • Desarrollo de la Ingeniería enzimática.

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BIOQUÍMICA
Algunas técnicas que desarrolla
  • Aislamiento y purificación de ADN y ARN.
  • Obtención y purificación de proteínas.
  • Inmovilización de enzimas.
  • Síntesis y secuenciación de proteínas y ADN.
  • Construcción de sondas.
  • Hibridación de moléculas (ADN y ARN).
  • Modificación química de enzimas y proteínas.
  • Construcción de vectores.
  • Construcción de oligonucleótidos.
  • Construcción de oligopéptidos.
  • Mutación dirigida.

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BIOLOGÍA
Se han revitalizado en este campo técnicas
tradicionales y se han desarrollado otras
novedosas que aportan importantes avances al
campo biotecnológico. Entre ellas se encuentran.
21
Microbiología
22
La Microbiología aborda el estudio de los
microorganismos
MICROBIOLOGÍA
MICRO BIOLOGÍA
pequeño
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MICROBIOLOGÍA
Los microorganismos son agentes biológicos por
excelencia en los procesos biotenológicos. El
conocimiento de los microorganismos y su amplia
diversidad, y la búsqueda de nuevas cepas
microbianas constituye una de las tareas más
importantes de la Microbiología Contemporánea.
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MICROBIOLOGÍA
  • En este campo se incursiona en
  • Los microorganismos que desarrollan un proceso
    biotecnológico particular
  • Adaptabilidad
  • Optimización y el recobrado de los procesos
  • Escalado
  • Desarrollo de la Ingeniería celular

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MICROBIOLOGÍA
  • Principales técnicas desarrolladas
  • Técnicas de búsqueda, muestreo o screening.
  • Conservación de Cepas.
  • Fermentación
  • Inmovilización de células
  • Utiliación de microondas.

26
Genética
27
GENÉTICA
La revolución tecnológica que tuvo lugar en esta
ciencia con la profundización del conocimiento
biológico, permitió combinar las técnicas
tradicionales, con el surgimiento de nuevas
tecnologías e impulsar el desarrollo de la
Biología Molecular.
28
Las Ciencias Ingenieriles
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INGENIERÍAS
El impacto de las ingenierías en el desarrollo de
la Biotecnología ha sido decisivo. Al tratarse de
procesos que se desarrollan en condiciones
específicas y que requieren de equipamientos
tecnológicos particulares, la Ingeniería Química,
la Ingeniería de Procesos y la Ing. Bioquímica,
además de la Automatización entre otras, han
desempeñado un papel muy importante y son áreas
del conocimiento imprescindibles para el
desarrollo y avance de esta Rama.
30
Bioinformática
31
BIOINFORMÁTICA
El descifrado de la información genética y el
gran número de datos producidos por el desarrollo
de las investigaciones biológicas exige la unión
de estas disciplinas.
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Cómo ha evolucionado la Biotecnología?
  • Biotecnología de PRIMERA GENERACIÓN
  • Biotecnología de SEGUNDA GENERACIÓN
  • Biotecnología de TERCERA GENERACIÓN
  • Biotecnología de CUARTA GENERACIÓN

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Primera Generación
Desde 6000-4000 años A.N.E. hasta finales del
siglo XIX.
El pan y la cerveza constituían una forma de
alimentación básica para los antiguos egipcios
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  • La Biotecnología de Primera Generación, está
    representada por productos de gran demanda como
    Pan, Cerveza, Vino, Vinagre, Quesos, Yogurt
  • Obtenidos por fermentación espontánea
  • En esta etapa el hombre no tiene conciencia de
    por qué ocurren estos procesos .

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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Primera etapa de
desarrollo
Productos
Inicio de la civilización
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Segunda Generación
Inicios del siglo XX hasta la segunda mitad del
siglo.
Biotecnología de Segunda Generación o Era de los
Antibióticos. Desarrollo más acelerado del
conocimiento científico técnico.
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  • Esta etapa se caracteriza por
  • Desarrollo científico-técnico de la ingeniería
    de procesos
  • Transformaciones microbianas
  • Inmovilización de células
  • Cultivos de tejidos
  • Fermentaciones continuas

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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Segunda etapa de
desarrollo
Productos
Primera
Primera mitad Siglo XX
Finales Siglo XX
Principio Siglo XXI
Finales Siglo XIX
Inicio de la civilización
Tiempo
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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Segunda etapa de
desarrollo
Figuras relevantes que contribuyeron al
desarrollo de los antibióticos
Premios Nobel de Medicina, 1945
Alexander Fleming
Howard W. Florey
Ernest B. Chain
40
Tercera Generación
Segunda mitad del siglo XX hasta finales del
siglo.
  • Surge con el desarrollo de la Biología Molecular
    y la Ingeniería Genética.
  • Ya es posible traspasar las barreras entre
    especies e introducir genes de un organismo en
    otro no relacionado.
  • Ocurre una explosión en el desarrollo científico
    técnico de las ciencias afines a la
    Biotecnología.
  • Productos Insulina Humana, Anticuerpos
    Monoclonales, Vacunas y Fármacos Recombinantes,
    Transgénesis (Plantas y Animales recombinantes).

41
(No Transcript)
42
Descubrimientos más relevantes
1. Estructura y funciones de las proteínas
(Moléculas de la vida).
1953- F. SANGER Logra por primera vez establecer
la estructura de la proteína Insulina
Frederick Sanger Premio Nobel de Química 1958
43
Descubrimientos más relevantes
2. Definición que el ADN forma una doble cadena
donde la unidad estructural son los nucleótidos.
1953- J. WATSON y F. CRICK Demuestran la
estructura en doble hélice de la cadena del ácido
desoxirribonucleico (ADN), portador de la
información genética (transmisoras de la
herencia).
J. Watson y F. Crick Premio Nobel de Medicina 1962
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Descubrimientos más relevantes
3. Elementos del Código Genético y su
Universalidad.
1963- NIREMBERG Descubre el Código Genético
contenido en las moléculas de ADN, y el
descifrado y Universalidad del mismo.
4. Producción de anticuerpos. 5. Recombinación
genética.
1960-1970- Se producen grandes progresos en los
estudios de la estructura de proteínas y de
ácidos nucleicos.
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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Tercera etapa de
desarrollo
Productos
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Cuarta Generación
Finales del siglo XX en adelante.
  • Búsqueda de nuevos productos, donde la
    satisfacción de las necesidades del hombre sigue
    siendo el principal objetivo tanto en la
    alimentación, salud y bienestar social.
  • Auge extraordinario de las ciencias que soportan
    a la Biotecnología.
  • Son un hecho en sí la Genómica y la Proteómica.
  • Surge la Bioinformática.
  • Productos Terapia génica y Medicina
    personalizada.

47
  • Esta etapa se caracteriza
  • Desarrollo de la Bioinformática.
  • Acumulación de gran cantidad de conocimiento en
    grandes bases de datos

48
EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Cuarta etapa de
desarrollo
49
Sectores de influencia de la Biotecnología en la
EEL-USP.
50
FERMENTACIONES MICROBIANAS
Transformación de sustancias que ocurre por la
acción de microorganismos o enzimas producidas
por estos.
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CÓMO SE HACE LA CERVEZA?
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CERVEZA
Producto obtenido originalmente por la
fermentación de un extracto acuoso de malta
mediante la acción de las levaduras.
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Etapas biotecnológicas principales en la
elaboración de la cerveza
  • Malteado.
  • Maceración (saborización).
  • Fermentación.
  • Maduración.

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Remojo, germinación y secado de la semilla
(cebada) para obtener malta.
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Maceración
  • Mezclado de la malta triturada con agua caliente.
  • Las amilasas hidrolizan los almidones de la
    semilla a azúcares simples para que puedan ser
    fermentados por la levadura.
  • Terminada la cocción, esta mezcla se filtra y el
    extracto acuoso obtenido es el mosto, medio rico
    nutritivo.

56
Saborización
  • Añadir el lúpulo al mosto. El lúpulo proporciona
    color, sabor y aroma.
  • El mosto se hierve junto con el lúpulo.

Humulus lupulus
57
Fermentación
  • Añadir la levadura al mosto.
  • Fermentación de los azúcares del mosto,
    produciéndose alcohol y dióxido de carbono.

58
Envejecimiento y maduración
59
(No Transcript)
60
(No Transcript)
61
(No Transcript)
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ENZIMAS INDUSTRIALES
  • Amilasas
  • Papaína
  • Bromelina
  • otras

Origen Vegetal
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ENZIMAS INDUSTRIALES
  • Amilasas
  • Celulasas
  • Dextranasas
  • Proteasas
  • Beta galactosidasas
  • Glucosaisomerasas
  • Invertasas

Microbiana
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Ventajas de la producción de enzimas por
microorganismos
  • Pueden obtenerse en grandes cantidades.
  • Posibilidades de mejorar la producción y aumentar
    los rendimientos.
  • Proceso de obtención menos costoso.

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Qué es la alfa amilasa?
66
Es un preparado enzimático de origen bacteriano o
fúngico (hongo) que hidroliza el almidón hacia
compuestos azucarados trayendo como consecuencia
una disminución de la viscosidad de la solución.
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PRODUCCIÓN DE ALFA AMILASA
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  • Bacterias del género Bacillus
  • B. subtilis
  • B. coagulans
  • B. licheniformis
  • Hongos
  • Aspergillus oryzae

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e-biocurso
Bacillus subtilis
70
Bacillus coagulans
71
e-biocurso
Aspergillus oryzae
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La alfa amilasa puede utilizarse para aumentar
los rendimientos de la malta en la producción de
cervezas.
73
(No Transcript)
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Conclusiones
  • Podemos afirmar que la biotecnología tiene un
    importante campo te trabajo en cuanto a mejorar
    el entorno donde se desarrolla el hombre.
  • La biotecnología moderna se ha comprometido
    grandemente con el futuro del propio hombre.

75
BIBLIOGRAFIA
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