Dr Marcelo Marcet

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

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La Ingeniería Bioquímicaun enfoque
Biotecnológicode futuro
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(No Transcript)
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el prefijo Bio significa Vida
Las Biotecnologías son tecnologías vivas?
Bio Vida
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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!
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ESQUEMA DE UN PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Agente Biológico
Material o Sustrato
Producto
Agente Biológico
Útil al hombre
Económicamente viable,
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Examinemos cada uno de los componentes del esquema
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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
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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.
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Microbiología
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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.

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Genética
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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.
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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.
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Bioinformática
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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
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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).

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(No Transcript)
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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
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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.

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

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EVOLUCIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA Cuarta etapa de
desarrollo
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Sectores de influencia de la Biotecnología en la
EEL-USP.
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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.

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Saborización

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

Humulus lupulus
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Fermentación

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

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Envejecimiento y maduración
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(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?
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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
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Bacillus coagulans
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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.
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(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.

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BIBLIOGRAFIA