Ingenieria Biotecnologia

Introducción a la Ingeniería Bioquímica

Biotecnología

El creciente interés que en los últimos años ha despertado la biotecnología, tanto en los medios académicos como en la actividad económica, se ha traducido, entre otras cosas, en una proliferación de definiciones. Esta relativa abundancia es reflejo, por un lado, del carácter multidisciplinario de la biotecnología (Microbiología, Ingeniería Química, Bioquímica y Química) y, por el otro, de la dificultad que existe para fijar estrictamente sus límites. Todas las definiciones tienen en común que hacen referencia al empleo de agentes biológicos y de microorganismos.

Una definición amplia de biotecnología sería: Un conjunto de innovaciones tecnológicas que se basa en la utilización de microorganismos y procesos microbiológicos para la obtención de bienes y servicios y para el desarrollo de actividades científicas de investigación.

Se ha observado que la biotecnología no representa nada nuevo, ya que tanto la utilización de microorganismos en los procesos de fermentación tradicionales, así como las técnicas empíricas de selección genética y de hibridación, se han usado a lo largo de toda la historia de la humanidad. Esto ha llevado a distinguir entre la biotecnología tradicional y la nueva biotecnología. Equivocadamente se tiende a asociar los procesos de fermentación con la primera y la ingeniería genética con la segunda.

La ingeniería genética no es sino el más reciente y espectacular desarrollo de la biotecnología, que no sustituye ninguna técnica preexistente, sino que más bien enriquece y amplia las posibilidades de aplicación y los usos de las biotecnologías tradicionales.

Ingieria bioquímica

La Ingeniería Bioquímica se encarga de transformar los materiales biológicos para la generación de productos con valor social y comercial.

Por ello, analiza lo energético y medio ambiente.

La biotecnología completa la producción de los materiales biológicos mediante la bioconversión, utilizando sistemas biológicos tales como: microorganismos (bacterias, hongos, levaduras y algas), enzimas (proteasas, lipasas, ligasas) y anticuerpos.

La actividad industrial que se realiza por medio de la biotecnología, constituye uno de los campos de desarrollo más importantes de esta carrera. El resultado de la aplicación de la Ingeniería Bioquímica ha sido benéfico para el ser humano, al generar mejoras en la salud y en lo social. Ha contribuido en la investigación y en la economía, tanto en el pasado como en el presente de la humanidad.

Otra área de la bioquímica corresponde al diseño y operación de sistemas donde intervengan agentes biológicos (por ejemplo enzimas). El campo profesional de este ingeniero es relativamente nuevo y la velocidad con la que se ha desarrollado es pasmosa. Baste señalar que en los llamados países del primer mundo el surgimiento de plantas biotecnológicas para la obtención de proteínas y hormonas específicas de difícil obtención por otros métodos, así como para la transformación genética de microorganismos y especies mayores con fines de aprovechamiento humano y del medio ambiente. Tiene una antigüedad aproximada de 30 años y su multiplicación y diversidad aumentan cada año.

La Ingeniería Bioquímica también se relaciona con la simplificación o creación de procesos en industrias de alimentos (jugos, vino, queso, conservadores, productos cárnicos, etc), la industria farmacéutica, la industria cervecera y la nutrición.

No debe confundirse con Ingeniería Biomédica, que manipula las interacciones químicas entre el organismo y los materiales artificiales. La especialidad más implicada en este fenómeno es la cirugía ortopédica: se trata de obtener prótesis articulares que generen el menor rechazo posible en el organismo y sean capaces de integrarse o adherirse de la manera más firme al huesoadyacente, consiguiendo duraciones superiores a las actuales. Se han desarrollado asimismo implantes para sustituir arterias fabricados en tejido acrílico que evita la formación de coágulos. Para proteger los implantes electrónicos se encapsulan en silicona, lo que facilita la integración tisular. lo cual su estudio es para un futuro acelerado .

Bioproceso

Un bioproceso involucra la transformación de un sustrato determinado en productos mediante microorganismos, cultivos de células animales o vegetales o por materiales derivados de estos como las enzimas, estos productos se obtienen o modifican mediante procesos que involucran cambios físicos o químicos de la materia. El transporte de materia y energía es fundamental para muchos procesos biológicos y ambientales.

El bioprocesado es una parte esencial de muchas industrias como de alimentos, químicas, farmacéuticas. La utilización de microorganismos para transformar materiales biológicos en la producción de alimentos fermentados tienen su origen en la antigüedad. Desde entonces el bioprocesado ha experimentado un gran desarrollo para un amplio abanicos de productos comerciales que abarcan desde materiales relativamente baratos, como el alcohol industrial y los disolventes orgánicos, hasta compuestos químicos especiales muy caros como antibióticos, proteínas terapéuticas y vacunas. Las enzimas utilizadas en las industrias y células vivas, como levaduras de pan y de la cerveza, son también productos comerciales de bioprocesamiento. (Dorán, 1998)

A diferencia de muchos procesos químicos, los bioprocesos no utilizan particularmente condiciones extremas de energía.Los fermentadores y reactores enzimáticos operan a temperaturas y presiones cercanas a las ambientales; se minimiza el suministro de energía en el procesado para evitar el daño a los productos sensibles al calor. Los efectos de energía son importantes porque los catalizadores biológicos son muy sensibles al calor y a los cambios de temperatura. En los procesos a gran escala, el calor desprendido durante la reacción puede causar la muerte de las células o la desnaturalización de las enzimas si no se elimina rápidamente. (Dorán, 1998)

Un bioproceso está compuesto de tres etapas principales:

La primera etapa se define como la preparación de la materia prima donde se realizan diferentes operaciones necesarias para llevar a cabo con éxito las biotransformaciones, entre esas operaciones se encuentran el tamizado, la reducción de tamaño, la hidrólisis y otras operaciones comunes a muchos procesos industriales

Existen también operaciones como la formulación de los medios de cultivo y los proceso de esterilización, que resultan específicas de la industria biotecnológica.

Posteriormente la etapa de la bioreacción en la cual se producen las transformaciones del sustrato para convertirlo en biomasa o en biomasa más metabolitos primarios o secundarios.

Cinética enzimática.

Enzimas

Las enzimas son proteínas complejas que producen un cambio químico específico en todas las partes del cuerpo. Por ejemplo, pueden ayudar a descomponer los alimentos que consumimos para que el cuerpo los pueda usar. La coagulación de la sangre es otro ejemplo del trabajo de las enzimas.

Las enzimas son necesarias para todas las funciones corporales. Se encuentran en cada órgano y célula del cuerpo, como en:

La sangre

Los líquidos intestinales

La boca (saliva)

El estómago (jugo gástrico)

Enzimas definición

Las enzimas son biocatalizadores de naturaleza proteica. Todas las reacciones químicas del metabolismo celular se realizan gracias a la acción de catalizadores o enzimas. La sustancia sobre la que actúa una enzima se denomina substrato. Pasteur descubrió que la fermentación del azúcar mediante levaduras, con su conversión en alcohol etílico y anhídrido carbónico es catalizada por fermentos o enzimas. En 1897 Buchner logró extraer de las células de levadura las enzimas que catalizan la fermentación alcohólica. Sumner en 1926, aisló en forma cristalina la enzima ureasa, a partir de extractos obtenidos de Cannavalia enzyformis (Fabaceae) la que hidroliza la urea según la siguiente reacción:

UREASA

(NH2)2 CO + H2O CO2 + 2 NH3

En 1930, Northrop aisló en forma cristalina las enzimas digestivas: pepsina, tripsina y quimotripsina. En la actualidad se conocen más de 2000 enzimas que han sido aisladas en forma cristalina.

Nomenclatura de las enzimas

Nombres particulares:

Antiguamente las enzimas recibían nombres particulares por su descubridor, al ir aumentando el numero de enzimas conocidas se hizo necesario unanomenclatura sistematica que informara sobre la acción especifica de cada enzima y los sustratos con los que actuaban

Clasificación

La clasificación y la nomenclatura de las enzimas que un auténtico maremágnum terminológico minado de sinonimias y polisemias hasta que la Unión Internacional de Bioquímica creó, en 1956, su Enzyme Commission o Comisión Internacional de Enzimas, precursora del vigente Nomenclature Committee o Comité de Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular. En la actualidad la nomenclatura de las enzimas sigue siendo complejísima, pero disponemos al menos de unos criterios internacionales y de una nomenclatura normalizada que facilitan la labor de las publicaciones especializadas. A los médicos, traductores y redactores científicos en español les conviene tener siquiera unas nociones generales de la clasificación de las enzimas y de cómo adaptar a nuestro idioma los nombres recomendados en

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