Biotecnología para ingenieros : sistemas biológicos en procesos tecnológicos / compilado por Alan Scragg.

CONTENIDO
Prólogo 15
Colaboradores 17
1 Biotecnología, Scragg, Alan H.
1.1 La era anterior a Pasteur 19
1.2 La era Pasteur 21
1.3 La era de los antibióticos 22
1.4 La era postantibióticos 22
1.5 La nueva biotecnología 23
Bibliografía 25
2 Estructura y función celular, Scragg, Alan H.
2.1 Introducción 27
2.2 Los comienzos de la microbiologia 27
2.3 Tipos de organización celular 29
2.4 Procariotas 30
2.4.1 Pared celular 32
2.4.2 Membrana citoplásmica 36
2.4.3 Flagelos 38
2.4.4 Esporas 38
2.5 Eucariotas 39
2.5.1 Pared celular 39
2.5.2 Estructura de la membrana 39
2.5.3 Núcleo 39
2.5.4 Mitocondrias 40
2.5.5 Cloroplasto 40
2.5.6 Otras estructuras membranosas 41
Bibliografía 42
3 Procesos quimicos de la célula, Manson, I.W.
3.1 Introducción 45
3.2 Composición elemental 45
3.3 Los nutrientes como fuentes de energia 48
3.3.1 Fotótrofos 48
3.3.2 Quimiótrofos 48
3.4 Otros requerimientos adicionales para el crecimiento 49
3.5 Componentes estructurales básicos de la célula 50
3.5.1 Carbohidratos 51
3.5.2 Grasas y lipidos 56
3.5.3 Esteroides 58
3.5.4 Proteinas 58
3.5.5 Ácidos nucleicos 65
Bibliografía 72
4 Biologia molecular, Kelly, S. L.
4.1 Localización y estructura del material hereditario 75
4.1.1 Introducción 75
4.1.2 El material genético es DNA 75
4.1.3 Generalmente el DNA es una hélice doble 76
4.1.4 Las moléculas de DNA varian en longitud y empaquetamiento 76
4.2 La replicación del DNA es semiconservativa 77
4.3 Ácido ribonucleico (RNA) 80
4.3.1 Transcripción del DNA 80
4.3.2 Tipos de RNA 81
4.4 El código genético 81
4.4.1 Traducción de la información genética 83
4.5 Mutación 83
4.5.1 Mutaciones cromosómicas 84
4.5.2 Mutación por sustitución de bases 85
4.5.3 Mutación por cambio en el marco de lectura 85
4.5.4 Mutación espontánea e inducida 85
Resumen 86
4.6 Ingenieria genética 86
4.6.1 Metodologia 86
4.6.2 Endonucleasas de restricción 87
4.6.3 Aislamiento de cDNA 88
4.6.4 Mapeo con la nucleasa S1 90
4.6.5 Electroforesis en gel 91
4.6.6 Ilibridización de ácidos nucleicos 93
4.6.7 Determinación de secuencias de bases 93
4.6.8 Vectores para la transferencia de DNA clonado 94
4.6.9 Bacteriófagos 94
4.6.10 Virus 95
4.6.11 Sistemas huésped para DNA recombinante 95
4.6.12 Huéspedes eucarióticos 96
4.6.13 Vectores de expresión 97
4.6.14 Vectores de secreción 98
Resumen 99
Bibliografía 100
5 Cinética enzimática, Manson, I.W.
5.1 Antecedentes de las enzimas 101
5.2 Propiedades de las enzimas como catalizadores 101
5.2.1 Poder catalitico 102
5.2.2 Especificidad de las enzimas 102
5.2.3 Regulación de la actividad enzimática 102
5.3 Características generates de las enzimas 103
5.3.1 Cofactores 103
5.3.2 Isoenzimas 104
5.3.3 Clasificación de las enzimas 104
5.3.4 Bases de la catálisis enzimática 105
5.4 Introducción a la cinética básica de las enzimas 107
5.4.1 Ensayos enzimáticos 107
5.4.2 Cinética de reacciones con un substrato 109
5.4.3 La ecuación de Michaelis-Menten 110
5.4.4 Representación de los datos cinéticos 114
5.5 Acción de efectores sobre la actividad enzimática 117
5.5.1 Inhibición competitiva 117
5.5.2 Inhibición incompetitiva 119
5.5.3 Inhibición no competitiva 121
Resumen 123
Bibliografía 123
6 Vias catabólicas, Scragg, Alan H.
6.1 Introducción 125
6.2 Procesos generadores de energía 126
6.2.1 Fermentación o glucólisis 126
6.2.2 La via de la pentosa fosfato 129
6.2.3 El ciclo de Krebs 129
6.3 Fosforilación oxidativa 131
6.3.1 Via colateral del glicerol fosfato 133
6.4 Vías anapleróticas 134
7 Vias anabólicas, Marison, I.W.
7.1 Introducción 137
7.1.1 Composición celular 137
7.2 Asimilación de amoniaco 138
7.3 Asimilación de sulfato 139
7.4 Biosintesis de carbohidratos 140
7.5 Biosintesis de aminoácidos 143
7.5.1 La familia del glutamato 143
7.5.2 La familia del aspartato 144
7.5.3 La familia de los aromáticos 147
7.5.4 Familias de la serina y del piruvato 147
7.5.5 Biosintesis de histidina 148
7.6 Biosintesis de lipidos y de ácidos grasos 149
7.7 Biosintesis de fosfolipidos 153
7.8 Biosintesis de ácidos nucleicos 154
Bibliografía 158
8 Regulación y control metabólicos, Scragg, Alan H.
8.1 Introducción 159
8.2 Control por substrato 159
8.3 Control alostérico 160
8.3.1 Interacciones concertadas 161
8.3.2 Interacciones secuenciales 161
8.4 Control por retroalimentación 162
8.4.1 Control por retroalimentación simple 162
8.4.2 Control por retroalimentación secuencial 163
8.4.3 Control por retroalimentación 163
8.4.4 Control enzimático múltiple 163
8.4.5 Control por retroalimentación acumulativa 164
8.5 Control integrado mediante la carga energética 164
8.6 Modificación de la enzima 166
8.6.1 Modificación irreversible 167
8.6.2 Modificación reversible 168
8.7 Alteración en el número de moléculas de enzima 169
8.8 Sistemas procarióticos 169
8.8.1 Operones 171
8.8.2 El operón lac 172
8.9 Sistemas eucarióticos 173
8.9.1 Intrones 175
8.9.2 Regulación por modificación post-traduccional 175
Resumen 175
Bibliografía 175
9 Tecnologia enzimática, Fowler, M.W.
9.1 Las enzimas como catalizadores 177
9.2 Tecnologia enzimática moderna 178
9.3 Industrias tradicionales y enzimas asociadas 178
9.4 Aplicaciones industriales 180
9.4.1 Alimentos 180
9.4.2 Detergentes 180
9.4.3 Energia 181
9.4.4 Tratamiento de desechos 181
9.4.5 Productos médicos y farmacéuticos 181
9.5 Fuentes de enzimas 182
9.5.1 Enzimas de origen animal 182
9.5.2 Células y tejidos vegetales 183
9.5.3 Células microbianas 183
9.6 Mecanismos de biosintesis de enzimas 184
9.6.1 Enzimas inducibles 184
9.6.2 Mecanismos de represión 185
9.7 Manejo de la biosintesis de enzimas 185
9.7.1 Manipulación genética 186
9.7.2 Manipulación del medio 186
9.8 Cinética de biosintesis de enzimas 186
9.9 Producción de enzimas a gran escala 187
9.9.1 El medio de fermentación 187
9.9.2 Inóculo 188
9.9.3 Oxigeno disuelto 188
9.10 Recuperación de la enzima 188
9.11 Comentarios finales 188
10 Cinética del crecimiento, Manson, I.W.
10.1 ¿Qué es el crecimiento microbiano? 191
10.2 Medición del crecimiento microbiano 192
10.2.1 Peso seco celular 192
10.2.2 Absorción 192
10.2.3 Peso húmedo 193
10.2.4 Volumen de células empacadas 193
10.2.5 Número de células 193
10.2.6 Masa de un componente celular 193
10.2.7 Mediciones fisicas 194
10.3 Crecimiento en cultivo intermitente 194
10.3.1 Cinética de crecimiento en un cultivo intermitente 195
10.4 Factores que afectan la rapidez de crecimiento 197
10.4.1 Efecto de la concentración de substrato sobre la velocidad de crecimiento 197
10.4.2 Efecto de la temperatura 198
10.4.3 Efecto del pH 199
10.4.4 Efecto de la concentración alta de substrato o de producto 201
10.5 Consumo de nutrientes y formación de producto 201
10.6 Rendimientos de biomasa y de producto 203
10.7 Cultivo continuo 205
10.7.1 Teoria del quimiostato 207
10.7.2 Relación entre la rapidez de dilución y la concentración celular 207
10.7.3 Relación entre rapidez de dilución y la concentración del substrato 208
10.7.4 Ecuaciones fundamentales del cultivo continuo 210
10.7.5 Rapidez critica de dilución 211
10.7.6 Productividad 211
10.7.7 Determinación de las constantes cinéticas y de rendimiento 212
10.7.8 Desviaciones de la conducta ideal del quimiostato 214
10.7.9 Modificaciones a la teoria básica del quimiostato 215
10.7.10 Ventajas del cultivo continuo sobre el cultivo por lotes 219
10.7.11 Desventajas del cultivo continuo comparado con el cultivo en lote 220
10.8 Aplicaciones del cultivo continuo 220
10.8.1 Cultivo de enriquecimiento continuo 220
10.9 Lista de símbolos 222
Bibliografía 223
11 Mejoramiento de cepas industriales, Nelly, S. L.
11.1 Introducción 225
11.2 La división celular 225
11.2.1 Mitosis 225
11.2.2 Meiosis 227
11.3 Genética mendeliana 229
11.3.1 Genes ligados y recombinación 230
11.3.2 Variación continua 231
11.4 Recombinación y mapeo en los procariotas 231
11.5 Mutagénesis 231
11.6 Reproducción sexual y parasexual 233
11.7 Fusión de protoplastos 234
11.8 Tecnologia del DNA recombinante 237
11.8.1 Tratamiento de desechos 240
11.8.2 Manipulación de vias enzimáticas 240
11.8.3 Ingenieria de proteinas 241
11.8.4 Extrapolación de organismos obtenidos por ingenieria genética 241
Resumen 241
Bibliografía 242
12 Células y enzimas inmovilizadas, Scragg, Alan H.
12.1 Introducción 243
12.2 Inmovilización de enzimas 245
12.2.1 Unión covalente a soportes sólidos 245
12.2.2 Adsorción en soportes sólidos 246
12.2.3 Captura en una red tridimensional de polimero 246
12.2.4 Microencapsulación 248
12.2.5 Entrecruzamiento con reactivos bifuncionales 249
12.2.6 Captura detrás de membranas semipermeables 249
12.3 Propiedades de las enzimas inmovilizadas 249
12.4 Células inmovilizadas 250
12.5 Métodos de inmovilización celular 251
12.5.1 Inmovilización sin soporte 251
12.5.2 Unión covalente 252
12.5.3 Adsorción 252
12.5.4 Captura 254
12.5.5 Membranas semipermeables 254
12.6 Caracteristicas de las células inmovilizadas 254
12.7 Aplicaciones de las enzimas y las células inmovilizadas 255
Bibliografía 261
13 Preparación y esterilización de medios, Scragg, Alan H.
13.1 Introducción 263
13.2 Preparación de medios 263
13.3 Puente de carbono 265
13.4 Medios industriales 265
13.4.1 Xilosa 267
13.4.2 Glucosa 267
13.4.3 Sucrosa 267
13.4.4 Lactosa 268
13.4.5 Maltosa 268
13.4.6 Almidón 268
13.4.7 Dextrina 268
13.4.8 Inulina 269
13.4.9 Celulosa 269
13.4.10 Metanol 270
13.4.11 Etanol 270
13.4.12 Glicerol 270
13.4.13 Ácidos carboxilicos 270
13.4.14 Grasas 270
13.4.15 Hidrocarburos 270
13.5 Fuente de nitrógeno 270
13.5.1 Urea 271
13.5.2 Harina 271
13.5.3 Licor de maiz, empapado 271
13.5.4 Extracto de levadura 271
13.6 Otros elementos 271
13.7 Otras adiciones 272
13.8 Formación del producto 272
13.9 Esterilización 273
13.10 Metodo de esterilización 275
13.10.1 Calor 276
13.10.2 Calor seco 281
13.10.3 Pasteurización y Tindalización 282
13.10.4 Esterilización quimica 283
13.10.5 Radiación ionizante 283
13.10.6 Filtración 283
Bibliografía 285
14 Biorreactores, Cliffe, K.
14.1 Introducción 287
14.2 Transferencia de oxigeno y medición de KLa 288
14.3 Efectos de come en biorreactores 290
14.4 Biorreactor de tanque con agitación 293
14.4.1 Agitadores 294
14.4.2 Caracterización de la agitación 297
14.4.3 Agitación 298
14.4.4 Transferencia de calor 302
14.5 Biorreactor de elevación con aire 303
14.6 Biorreactores fluidificados 304
14.7 Sistemas de biorreactor con microportador 307
14.8 Biorreactores de membrana (fibra hueca y membrana giratoria) 307
14.9 Aumento a escala 308
Bibliografía 309
15 Procesos de linea de salida, Cliffe, K.
15.1 Introducción 313
15.2 Rompimiento celular 314
15.3 Acondicionamiento del caldo de cultivo 316
15.4 Separación sólido-liquido 318
15.4.1 Centrifugación 318
15.4.2 Filtración 320
15.4.3 Comparación entre centrifugación y filtración 325
15.5 Precipitación de proteinas 325
15.5.1 Precipitación mediante sales 326
15.5.2 Precipitación con disolventes orgánicos 326
15.5.3 Precipitación isoeléctrica 326
15.5.4 Precipitación con polimeros no iónicos 326
15.5.5 Precipitación con polielectrólitos 327
15.6 Extracción con CO2 liquido 327
15.7 cromatografía 328
15.7.1 Cromatografia de intercambio iónico 329
15.7.2 Cromatografia de afinidad 330
15.7.3 Cromatografia de filtración en gel 330
15.7.4 Cromatografia liquida de alta resolución 331
15.7.5 Operación general 332
Bibliografía 332
16 Producción de ácido citrico, Marison, I.W.
16.1 Introducción 333
16.2 Producción fúngica de ácido citrico 334
16.3 Tipos de fermentación 334
16.3.1 Cultivo de superficie 335
16.3.2 Proceso sumergido 335
16.3.3 Fermentación en estado sólido 335
16.4 Condiciones de cultivo 338
16.4.1 Macrocomponentes 338
16.4.2 Elementos traza 339
16.4.3 Pretratamiento de materia prima 340
16.4.4 Efecto del pH 341
16.4.5 Inóculo 341
16.4.6 Aeración y agitación 341
16.4.7 Aditivos 342
16.5 Producción de ácido citrico por levaduras 342
16.6 Producción de ácido citrico por bacterias 343
16.7 Recuperación del ácido citrico 343
16.8 Procesos bioquimicos de la fermentación del ácido citrico 345
16.9 Mejoramiento genético 347
Bibliografía 347
17 Antibióticos, Scragg, Alan H.
17.1 Introducción 349
17.2 Tipos de antibióticos producidos 350
17.2.1 Beta-Lactamas 350
17.2.2 Aminoglucósidos 353
17.2.3 Macrólidos 353
17.2.4 Tetraciclinas 354
17.2.5 Ansamicinas 354
17.2.6 Otros antibióticos 354
17.3 Producción de antibióticos 355
17.3.1 Mejoramiento de cepas 356
17.3.2 Optimización del proceso 357
17.3.3 Medio de producción 358
17.4 Plantas de producción de antibióticos 360
Bibliografía 361
18 Tratamiento biológico de efluentes, Cooper, P. y Harrington, D.
18.1 Introducción 363
18.2 Procesos de tratamiento 364
18.2.1 Comentarios generales 364
18.2.2 Filtros biológicos 366
18.2.3 Procesos con lodos activados 368
18.3 Avances recientes en el diseño de biorreactores 374
18.3.1 Lecho biológico fluidificado 374
18.3.2 El proceso CAPTOR 375
18.4 Procesos anaeróbicos 375
Bibliografia general 377
Bibliografía 377
19 Un esbozo del proceso de elaboración de cerveza, Pryor, J.
19.1 Introducción 379
19.1.1 Malta 379
19.1.2 Agua 380
19.1.3 Lúpulo 381
19.2 La sala de cocimiento 381
19.2.1 Molido 381
19.2.2 Amasado 381
19.2.3 Ebullición del mosto 383
19.2.4 Extracción de la trufa 383
19.3 Fermentación 385
19.4 Avances 386
19.4.1 Mezcla 387
19.4.2 Reacciones de conversión enzimatica 387
19.4.3 Elución-separación liquido-sólido 387
19.4.4 Operación continua 389
Bibliografia recomendada 393
Glosario 397
Indice 405