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Universidad Nacional de Tucumán
Carrera de Ingeniería Química
Programa Analítico
Actividad Curricular: MICROBIOLOGÍA GENERAL E INDUSTRIAL
Período de dictado: 4º Año – Módulo VII
Ciclo Lectivo: 2015
OBJETIVOS
Al finalizar la asignatura el alumno será capaz de:
Interpretar el comportamiento y manipular las células microbianas.
Manejar de microorganismos desde el punto de vista industrial.
CARGA HORARIA
128 horas – 8 horas por semana
64 hs. teórico prácticas
28 hs. experimentales
24 hs. problemas de ingeniería
12 hs. evaluaciones
CONTENIDOS
T.1: LA CÉLULA PROCARIOTA
El mundo microbiano y la biotecnología. La química de la vida. El agua, solvente universal. Biomoléculas: los
componentes de las células microbianas. Proteínas, lípidos, polisacáridos y ácidos nucleicos. Composición y
estructura.
Procariotas. Organización estructural de la célula bacteriana. Pared y membrana celular: estructura y
función. Mecanismos de transporte en membranas: Difusión simple y facilitada, transporte activo primario y
secundario. Acidos nucleicos: el cromosoma bacteriano, DNA y proteínas constituyentes. Ribosomas, ARN
ribosomal. Elementos no constantes de la célula bacteriana: flagelos, pili; cápsulas y endoesporas.
Particularidades y distribución del dominio Archaea.
T.2: LA CÉLULA EUCARIOTA
Eucariotas inferiores: levaduras y hongos filamentosos. Pared celular. Organización estructural de la célula
eucariota: envoltura nuclear, retículo endoplasmático rugoso y liso, aparato de Golgi, mitocondrias,
lisosomas. El cromosoma eucariota. Citoqueleto y corrientes citoplasmáticas.
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T.3: NUTRICIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
Composición de la célula microbiana y medio de cultivo. Requerimientos nutricionales de microorganismos.
Macronutrientes y micronutrientes. Factores de crecimiento. El entorno físico y químico: pH, temperatura,
actividad de agua, fuentes de carbono y nitrógeno, oxígeno. Sustrato limitante. Diseño de medios de cultivo.
Ciclos biogeoquímicos. Fijación de nitrógeno.
T.4: CONSERVACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
Su importancia en la industria. Métodos de conservación. Fundamentos y técnicas de los principales
métodos: repiques periódicos. Conservación por frío. Liofilización. Crioprotectores. Secado. Inóculos
industriales: bancos celulares. Colecciones de cepas
T.5: EL CÓDIGO GENÉTICO Y LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Los ácidos nucleicos y el flujo de la Información genética. Características del material genético y tipos de
ácidos nucleicos: ADN y ARN. Replicación del ADN. El código genético. Expresión génica: transcripción y
traducción. Tipos de PRN y Procesamiento del RNA mensajero eucariota. Regulación de la expresión
genética en procariotas. Coordinación del metabolismo microbiano. El operón lactosa. El operón triptófano.
Represión catabólica.
T.6: MECANISMOS DE VARIACIÓN GENÉTICA
Mutaciones y recombinación. Bases moleculares de la mutación. Mutaciones espontáneas e inducidas.
Mutágenos. Transferencia horizontal de genes en procariotas: transformación, transducción y conjugación.
Reproducción microbiana sexual y asexual.
Tecnología del ADN recombinante. Ingeniería genética para la modificación de microorganismos
(industriales). Clonado y expresión de proteínas.
T.7: ENZIMAS-CINÉTICA ENZIMÁTICA
Concepto. Generalidades. Ubicación en la célula. Estructura. Cofactores. Especificidad. Ejemplos de
mecanismos de acción de las enzimas. Nomenclatura y clasificación. Actividad enzimática. Enzimas
Michelianas. Hipótesis de BRIGGS y HALDANE. Ecuación de MICHAELIS-MENTEN. Parámetros cinéticos:
Km y Vm. Inhibidores. Inhibición competitiva y no competitiva. Ejemplos de inhibidores enzimáticos. Efecto
del pH, temperatura y actividad de agua sobre las enzimas. Enzimas isofuncionales, inhibición concertada,
inhibición feedback secuencial.
T.8: METABOLISMO
Gestión de la energía en la célula. Grupos fosfato de alta energía. Carriers de electrones de alto potencial.
Energía libre de Gibbs. Gradiente electroquímico. Metabolismo: anabolismo y catabolismo. Reacciones
bioquímicas acopladas. Oxidación de la glucosa. Glucólisis y catabolismo de las hexosas. Balance
energético y redox. Destinos del piruvato: fermentación y respiración. Ciclo de Krebs. Respiración aerobia y
anaerobia: cadena transportadora de electrones y aceptores finales de electrones. Metabolismo
fermentativo. Balance energético de los procesos de oxidación de sustratos. Regulación del metabolismo
oxidativo.
T.9: FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Concepto general de fermentación. Fermentación alcohólica. Materias primas. Factores físicos, químicos y
físico-químicos. Microorganismo. Levaduras salvajes e industriales. Propiedades bioquímicas de las
levaduras. Actividad y poder fermentativo de las levaduras. Producción industrial de alcohol etílico.
Fermentación alcohólica de granos. Enzimas intervinientes. Enzimas de la malta. Acción de las enzimas.
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Amilasas de hongos y bacterianas. Fermentación alcohólica de melazas. Fermentación de materiales
celulósicos. Procesos continuos de producción de alcohol.
T.10: CINÉTICA MICROBIANA
Estudio cinético del crecimiento microbiano. Balance químico. Técnicas de evaluación de la población
microbiana. Métodos directos. Métodos indirectos. Curva de crecimiento microbiano. Influencia de factores
exteriores sobre el crecimiento microbiano. Estudio cinético de la producción de metabolitos. Balance
químico.
T.11: PRODUCCIÓN DE LEVADURAS
Materias primas y su preparación. Constitución de la célula de levadura. Absorción de nutrientes. Vias de
asimilación. Síntesis de material celular. Curva de crecimiento. Etapas de propagación. Producción.
Separación. Conservación. Contaminaciones. Control de calidad. Usos. Otros tipos de proteina unicelular.
Usos.
T.12: BIORREACTORES
El Biorreactor. El medio ambiente: biológico, químico, físico y físico-químico. Principales tipos de
fermentadores. Sistemas de cultivos dispersos y cultivos inmovilizados. Bases microbiológicas para el
diseño de un fermentador. Reglas básicas de diseño. Escalamiento de procesos. Ejemplos de
fermentadores agitados. Biorreactores con agitación mecánica y con agitación neumática. Biorreactores con
agitación por bombas y recirculación.
T.13: PROCESOS FERMENTATIVOS EN CULTIVO CONTINUO.
Sistemas de cultivo continuo. Quimiostato. Turbidostato. Flujo a pistón. Teoría del cultivo continuo. Modelo
teórico de crecimiento en cultivo continuo. Cultivo continuo con reciclo de células. Cultivo continuo en serie.
Aplicaciones del cultivo continuo.
T.14: ACCIÓN DEL CALOR Y OTROS FACTORES SOBRE LOS MICROORGANISMOS
Acción del calor: tiempo y punto de muerte térmica. Factores que los afectan. Resistencia al calor de
distintos microorganismos y de esporos. Esterilización. Pasteurización. Esterilización en la industria. Muerte
térmica de los microorganismos. Esterilización continua. Fundamentación teórica del sistema HTST. Acción
de otros factores: 1) Físicos; Ultrasonido, presión, irradiación, fuerzas superficiales. 2) Químicos;
Compuestos antimicrobianos. Clasificación. Factores que influyen sobre su acción. Principales sustancias
antimicrobianas. Su valoración. Indice fenólico.
T.15: MICROBIOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS
Generalidades. Nociones sobre las principales intoxicaciones alimentarias y sus agentes productores.
Testigos de contaminación fecal. Productos alimenticios elaborados. Fuentes posibles de contaminación:
materias primas. Proceso de elaboración, instalaciones y equipos, almacenamiento y manipuleo. Controles
microbiológicos. Criterios de calidad y aptitud para el consumo.
T.16: TRATAMIENTO Y DEPURACIÓN BIOLÓGICA DE LAS AGUAS RESIDUALES
Características físicas, químicas y biológicas del agua residual. Métodos para expresar los resultados
analíticos. Composición de los efluentes. Características físicas: sólidos, temperatura, color, olor.
Características químicas: Materia orgánica, Demanda Biológica de Oxígeno (DBO),Demanda Química de
Oxígeno (DQO),Carbono Orgánico Total (COT), Demanda Total de Oxígeno (DTO). Materia inorgánica.
Características biológicas. Microorganismos. Depuración de efluentes. Fundamentos. Factores específicos
de contaminación. Caracterización de los efluentes. Diagramas de flujos de una planta de tratamiento de
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aguas residuales. Procesos de tratamiento biológico. Procesos aeróbicos. Filtro percolador. Estanques de
estabilización. Procesos anaeróbicos. Procesos aeróbicos-anaeróbicos.
T.17: BIOCONVERSIONES MICROBIANAS
Enzimas industriales: Producción y aplicación de enzimas de importancia industrial. Microorganismos
productores de enzimas usados industrialmente. Inmovilización de enzimas. Consideraciones generales en
la producción de enzimas.
Producción de antibióticos. Generalidades. Microorganismos productores de antibióticos. Acción sobre la
pared celular, sobre las membranas celulares, sobre la síntesis proteica, sobre el ADN. Producción
industrial: fabricación de penicilina.
ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS
CLASES TEÓRICO PRÁCTICAS. El curso es desarrollado en dos clases teórico-prácticas semanales.
Cada una de las unidades temáticas se desarrolla en clase.
SEMINARIOS: Los estudiantes, en grupos de 3 a 4 alumnos presentan seminarios de procesos biotecnológicos.
TRABAJOS PRÁCTICOS DE PROBLEMAS Se destinan 16 horas totales para la resolución de problemas abiertos vinculados a la temática.
TRABAJOS PRÁCTICOS EXPERIMENTALES. Están previstos 8 Trabajos Prácticos en 48 hs donde
se desarrollan la tarea experimental en comisiones de 2 a 3 alumnos.
TRABAJOS PRÁCTICOS EXPERIMENTALES
T.1: Materiales y herramientas usadas en microbiologia.
Mostración de material específico. Pipetas automáticas. Microscopio: uso y aplicaciones. Medios de
cultivo: tipos, preparación y manipulación. Esterilización: Autoclave (su uso y cuidado), hornos, radiación
UV. Salas de siembra. Siembra en flujo laminar. Estufas de incubación. Preparación de material estéril.
T.2: Aislamiento y conservación de los microorganismos. propiedades bioquimicas
Preparación de medios líquidos y agarizados en tubos y placas de Petri. Preparación de reactivos para
coloraciones. Coloración de Gram y de esporos. Coloración de levaduras con azul de metileno. Observaciones de hongos, bacterias y levaduras.
T.3: Fermentación alcohólica - 1ª parte
Preparación de Felhing - Causse - Bonnans y titulación del mismo. Titulación de los ART y ARD de la
melaza a usar. Preparación del mosto de melaza. Preparación del pie de cuba con levadura de panadería o crema de destilería. Tratamiento ácido de la misma. Siembra del mosto de melaza. Tubo trampa: su
uso. Pesada inicial. Brix inicial.
T.4: Fermentación alcohólica - 2ª parte
Controles de producción: Pesada final del aparato. Brix final. Titulación de los ART finales. Cálculos de
rendimiento teórico. Destilación del vino. Cálculos de rendimiento práctico. Cálculo de eficiencia. Problemas de fermentación alcohólica.
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T.5: Producción de levadura
Preparación del pie de cuba con levadura de panadería. Preparación del fermentador con agitación y
aireación controlada. Temperatura, su importancia. Siembra y toma de muestras. Determinación de
biomasa. Recuento de células, cámara de Neubauer. Viabilidad. Curva de crecimiento. Determinación de
µ (velocidad específica de crecimiento) y tiempo de duplicación en base a gráficas. Cálculos de rendimientos.
T.6: Aireación
Concepto teórico de Kv. Determinación de Kv. bajo distintas condiciones en fermentador agitado. Método
del sulfito. Método dinámico con electrodo de oxígeno disuelto.
BIBLIOGRAFÍA
Alberts, Bray, Lewis, Raff, Watson. Biología molecular de la célula, ISBN 84-282-1011-X , Omega ,
1994
Becker Wayne M. "THE WORLD OF THE CELL". The Benjamin Cummings Publishing Company,
Inc. USA. 1986.
Bolsover SR; Hyams JS; Shephard EA; White HA & Wiedemann AG. Biología Celular 2da. Edición.
ISBN 978-84-200-1097-7. Ed. Acribia SA, Zaragoza, España.
Crueger W & Crueger A. Biotecnología: Manual de Microbiologia Industrial, 1ª Edición, ISBN 84200-0743-9 , Acribia SA . Zaragoza, España.1989
Curtis H. Biología, 6ª edición. ISBN 950060423X, Editorial MEDICA PANAMERICANA, 2000
De Robertis E. Fundamentos de Biología Celular y Molecular de De Robertis. ISBN. 978-950-020414-2. Editorial El Ateneo. Buenos Aires, Argentina. 2014
Doran PM. Bioprocress Engineering Principles. ISBN 0-12-220856-0, AMERICAN PRESS LIMITED,
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Heinke H. Ingeniería ambiental, ISBN 970-17-0266-2 , Prentice Hall, 1999
HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE LA BIOLOGÍA, Universidad Nacional del Nordeste, Fac. de Agroindustrias, Saenz Peña, Chaco • Fac. Ciencias Agrarias, Corrientes. República Argentina • ©19982005. http://www.biologia.edu.ar
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Muñoz A. Depuración de Aguas residuales, 4ª Edicion, ISBN 84-380-0138-6, Paraninfo SA , 1998
Scragg A. Biotecnología Medioambiental, 1ª Edicion, ISBN 84-200-0954-7, Acribia SA,1999
Stanier R ; Ingraham, John; Wheelis, Mark & Painter, Page . "THE MICROBIAL WORLD" Edición..
Prentice- Hall - Englewood Cliffs. New Jersey. 1986.
Seoánez Calvo, M. Ingeniería medioambiental aplicada: casos prácticos, ISBN 84-7114-706-8,
Mundi Prensa, Madrid, España. 1997
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SISTEMA DE EVALUACIÓN
Régimen promocional bajo las siguientes condiciones:
Asistencia obligatoria a 85% de clases teóricas
Asistencia y aprobación del 85% de los trabajos prácticos
Aprobación de evaluaciones (4 exámenes parciales teórico prácticos) con nota 6 (al menos el
último parcial es oral).
Para el régimen regular, se establecen las siguientes condiciones:
Asistencia obligatoria a 85% de clases teóricas
Asistencia y aprobación del 85% de los trabajos prácticos
Aprobación de evaluaciones parciales con nota 4 puntos.
Aprobación de Examen final oral
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