Experto Universitario en
Innovación y Aplicaciones de la Bioquímica

Tema 1. Fundamentos de genética

1. La herencia, perspectiva histórica.
2. ¿Qué se entiende por genética?
3. Ácidos nucleicos.
   1. El ADN.
   2. El ARN.
   3. Nucleótidos no nucleicos.
4. Genética molecular.
   1. Replicación del ADN.
   2. Transcripción.
   3. Traducción.
5. Las mutaciones.
6. División celular.
   1. Los cromosomas.
   2. Mitosis.
   3. Meiosis.
   4. Gametogénesis humana.

Tema 2. Aplicaciones de los cultivos celulares

1. Métodos de fusión celular, hibridomas, obtención, selección.
   1. Condiciones necesarias para el desarrollo de los patógenos.
   2. Componentes de los medios de cultivo.
   3. Preparación de los medios de cultivo.
2. Anticuerpos monoclonales. Metodologías de producción. Aplicaciones en diagnóstico, terapéutica y producción de otras moléculas.
   1. Metodologías de producción.
   2. Aplicaciones en diagnóstico, terapéutica y producción de otras moléculas.
3. Producción de proteínas terapéuticas en cultivos de células animales.
4. Metodologías para la modificación genética de células vegetales.
5. Plantas y alimentos transgénicos. Problemas legales y de percepción pública.
6. Fermentaciones microbianas, genómica y biotecnología para la salud (animales trangénicos, diagnóstico precoz y terapia génica, obtención de proteínas sanguíneas, hormonas humanas, moduladores inmunitarios y vacunas).
7. Calidad y seguridad alimentaria (plantas trangénicas, aditivos, OMGs).

Tema 3. Análisis del metabolismo de principios inmediatos y otros compuestos metabólicos

1. Metabolismo hidrocarbonado.
   1. Determinaciones.
   2. Patrones de alteración.
2. Metabolismo lipídico y de lipoproteínas.
   1. Determinaciones.
   2. Patrones de alteración.
3. Metabolismo proteico.
   1. Determinaciones.
   2. Patrones de alteración proteica.
4. Metabolismo intermediario.
   1. Determinaciones.
   2. Patrones de alteración de estos metabolitos.
5. Vitaminas. Tipos y aplicaciones.

Tema 4. Aplicaciones de los microorganismos en la industria

1. Descripción general. Evolución histórica. Descubrimientos y avances del conocimiento que llevaron al desarrollo de las nuevas biotecnologías. Disciplinas y campos de actividad.
   1. Evolución histórica.
   2. Descubrimientos y avances del conocimiento que llevaron al desarrollo de nuevas biotecnologías.
   3. Disciplinas y campos de actividad.
2. Tecnologías concurrentes. Su vinculación con las disciplinas básicas.
3. Importancia económica: mercados, productos y perspectivas de desarrollo.
4. Características particulares. Estado actual: en el mundo, la región y el país.
5. Modos de producción: cultivos de células, tecnología enzimática, bioconversiones.
   1. Cultivo de células.
   2. Tecnología enzimática.
   3. Bioconversiones.
6. Panorama de las industrias que utilizan biotecnologías: productos, mercados, tecnologías.
7. Conceptos generales sobre el desarrollo de productos biotecnológicos.
8. Relaciones entre la biotecnología y la industria química.
9. Biotecnología ambiental y de desarrollo sostenible (biocarburantes y biosemedación).

Tema 5. Cinética enzimática

1. Catálisis enzimática.
   1. Clasificación de las reacciones catalíticas.
   2. Características de la catálisis enzimática.
   3. El centro activo.
2. Estudio enzimático: características y fisiología.
   1. Clasificación de las enzimas.
   2. Actividad enzimática: la energía libre de Gibbs, el estado de transición y la energía de activación.
   3. Unión de la enzima con el sustrato.
   4. Catálisis enzimática.
3. Cinética enzimática.
   1. Estudio detallado del modelo de Michaelis-Menten.
   2. Unidades de medida de la actividad enzimática.
   3. Cinética de las reacciones con un solo sustrato.
   4. Reacciones enzimáticas con más de un sustrato: mecanismos secuenciales y mecanismo de doble desplazamiento.
   5. Reacciones enzimáticas con inhibición.
   6. Isozimas.
4. Variación de la actividad enzimática con la temperatura y el pH.
   1. Efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática.
   2. Efecto del pH sobre la actividad enzimática.
5. Estudio aplicado de la actividad catalítica de las enzimas en el laboratorio.
   1. Valor numérico de la actividad enzimática: diferentes métodos analíticos.

Tema 6. Cinética microbiana

1. La cinética de crecimiento microbiana.
   1. Tasa de generación.
   2. Determinación de la tasa de generación.
2. Estequiometría del crecimiento microbiano.
   1. Consideraciones previas.
3. Análisis de la estequiometría de cinética mircobiana.
4. Rendimiento de la biomasa: consumo de sustratos y obtención de productos.
5. Generación de calor.
6. Esteoquiometría de formación de producto.
7. Balance de electrones.
8. Modelos estructurados y segregados.

Tema 7. Biocatalizadores inmovilizados

1. Conceptos generales.
2. Inmovilización de enzimas.
   1. Inmovilización de enzimas por adsorción física.
   2. Inmovilización por atrapamiento.
   3. Inmovilización en membranas.
   4. Inmovilización por entrecruzamiento.
   5. Inmovilización por enlaces covalentes.
3. Selección del método de inmovilización.
   1. Requisitos mínimos lógicos.
4. Cinética de los biocatalizadores inmovilizados.
5. Efectos de la inmovilización sobre la actividad enzimática.
   1. Efectos conformacionales y estéricos.
   2. Efectos de partición.
   3. Limitación de la difusión.
6. Aplicaciones de los biocatalizadores inmovilizados.

Tema 8. Aspectos básicos de los biorreactores

1. El concepto de biorreactor.
2. Demostraciones numéricas del crecimiento de microorganismos: ecuación de Monod.
3. Balances de materia y energía.
   1. Balance de materia.
   2. Balance de energía.
4. Clasificación de los reactores.
5. Balance de masa general para cualquier tipo de reactor.
   1. Cálculo en reactores discontinuos.
   2. Cálculo en reactores semicontinuos.
   3. Cálculo en reactores continuos: reactores tanque agitados continuos.
   4. Cálculo en reactores continuos: reactor de flujo en pistón.
   5. Cálculo en reactores continuos: reactores empacados.
6. Reactor de tanque agitado continuo.
   1. Descripción general.
7. Reactor discontinuo de tanque agitado.
8. Reactor tipo Batch.
9. Reactor continuo de flujo pistón (PFR).
10. Flujo no ideal.
    1. Función de distribución de tiempos de residencia.
    2. Determinación experimental de la curva DTR.
    3. La curva C y la curva F.
    4. Caracterización de la función DTR.
11. Modelos de flujo no ideal.
    1. Flujo disperso en pistón.
    2. Modelo de tanques en serie.
12. Determinación del tiempo de mezcla de un reactor.

Tema 9. Agitación, aeración y esterilización

1. Aeración.
   1. Determinación experimental del coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno.
   2. Determinación del balance de oxígeno.
   3. Método dinámico.
   4. Dependencia del coeficiente de los parámetros operacionales.
2. Agitación. Agitación en sistemas aerados.
   1. Fermentadores con agitación por burbujeo.
   2. Fermentadores con agitación por ruedas de paletas.
   3. Caracterización de la agitación.
3. Esterilización.
   1. Esterilización térmica del medio de cultivo: calor seco.
   2. Esterilización térmica del medio de cultivo: calor húmedo.
   3. Esterilización por filtración.
   4. Esterilización por radiaciones.

Tema 10. Biorreactores no convencionales

1. Introducción a los reactores catalíticos.
2. Biorreactores de lecho fijo.
   1. Tipos de reactores de lecho fijo.
   2. Consideraciones de diseño.
3. Biorreactores pulsantes.
   1. Columna de platos pulsantes.
   2. Sistemas no oscilantes.
4. Biorreactores agitados por fluidos.
   1. Biopartículas.
   2. Lechos fluidizados.
   3. Fermentadores air-lift.
5. Reactores de membrana.
6. Fermentación extractiva.
7. Membranas de separación de gases basadas en conductores iónicos mixtos.
8. Fotobiorreactores para el cultivo masivo de algas.
   1. Fotobiorreactores abiertos.
   2. Fotobiorreactores cerrados.

Tema 11. Modelización de los procesos biológicos

1. Aplicaciones de la modelización.
2. Tipos de modelos.
   1. Los modelos S-system.
3. Metodología de la modelización.
   1. Construcción y estructura matemática de un modelo.
   2. Métodos de optimización de modelos.
   3. Resolución de los Modelos.
4. Lenguajes de simulación.
   1. Terminología.
5. Modelización, instrumentación y control.

Tema 12. Instrumentación

1. Características de la instrumentación utilizada en bioprocesos.
2. Equipos de toma de muestra.
   1. Equipos de toma de muestra directos.
   2. Equipos de toma de muestra indirectos.
3. Sensores de parámetros físicos y químicos.
   1. Temperatura.
   2. Presión.
   3. Velocidad.
   4. Espuma.
   5. pH.
4. Análisis de las propiedades hidrodinámicas.
5. Análisis de sustratos y productos.
   1. Análisis de biomasa y características celulares.
   2. Biosensores.
   3. Análisis por inyección de flujo (FIA).
6. Análisis de los gases de salida de fermentación.
   1. Cálculo de la composición de los gases de una corriente gaseosa (fracción molar).
   2. Cálculo de la OUR-CER-RQ.
7. Sensores lógicos (software sensors).
   1. Estimación de variables de estado.
   2. Estimación conjunta de variables de estado y parámetros.

Tema 13. Control

1. Objetivos del control. Introducción y características del proceso.
   1. Definiciones y criterios de medición y control.
   2. Lazos de control básico. Lazos de control local y disperso.
2. Las técnicas de control.
   1. Elementos del lazo de control; sensor o elemento primario, transmisor, variable de proceso, punto de consigna, señal de salida, elemento final de control, variable controlado, variable manipulado.
   2. El Controlador. Descripción mediante ejemplo del lazo de control. Lazo abierto y lazo cerrado.
   3. Control manual. Control automático. Lazo abierto y lazo cerrado.
   4. Control de 2 posiciones. Control todo/nada (on/off).
   5. Control proporcional, integral, derivativo. Control PID.
   6. Otros tipos de control: de relación, en cascada, de adelanto, programado.
3. Interpretación de planos y esquemas de instrumentos y lazos de control local.
4. Señales digitales.
   1. SCADAS.
   2. Autómatas Programables (PLC´s).
5. Aplicaciones del control en la industria química. Esquemas típicos de control.
   1. Calderas de vapor: control de combustión, control de nivel, seguridad de llama.
   2. Secaderos y evaporadores.
   3. Horno túnel.
   4. Columnas de destilación.
   5. Intercambiadores de calor.

Tema 14. Cambios de escala en biorreactores

1. Análisis general del proceso de cambio de escala en reactores.
2. Teoría de la similitud.
3. Consecuencias del cambio de escala de operación.
4. Escalado en tanque con agitación.
   1. Criterios de escalado.
   2. Potencia por unidad de volumen constante.
   3. Velocidad de agitación constante.
5. Análisis de régimen y scale-down.

Tema 15. Procesos de separación

1. Homogeneización. Extracción. Precipitación. Centrifugación. Filtración. Electroforesis.
   1. Homogeneización.
   2. Extracción.
   3. Precipitación.
   4. Centrifugación.
   5. Filtración.
   6. Sedimentación.
   7. Electroforesis.
2. Disrupción celular.
   1. Métodos no mecánicos.
   2. Métodos mecánicos.
3. Aplicaciones cromatográficas.
   1. Clasificación de los métodos cromatográficos.
   2. Cromatografía en columna (CC).
   3. Cromatografía en papel (CP).
   4. Cromatografía en capa fina (CCF).
   5. Cromatografía de líquidos.
   6. Cromatografía de gases.
4. Técnicas electroforéticas: preparación de geles, revelado de bandas de cadenas nucleotídicas y proteínas. Clasificación y almacenamiento de los residuos electroforéticos. Procesado y registro de imágenes.
   1. Medios soportes de electroforesis zonal.
   2. Factores que dependen del sistema electroforético.
   3. Métodos de detección en electroforesis.

Tema 16. Uso de biorreactores en el tratamiento de aguas

1. Introducción.
2. Evolución histórica e implantación a nivel mundial.
3. ¿Qué son los MBR?
   1. Bioreactores con membrana integrada o sumergida.
   2. Membranas externas o con recirculación al bioreactor.
4. Ventajas e inconvenientes de los MBR.
5. Criterios para el control del proceso.
   1. Pretratamiento.
   2. Reactor aerobio.
   3. Purga y decantabilidad de fangos.
   4. Necesidades de oxígeno.
   5. Tasa de recirculación.
   6. Microbiología esperada.
   7. Características del agua de alimentación.
6. Unidad de ultrafiltración.
   1. Fundamentos del proceso.

El Desafío Integrador del Experto está diseñado para graduados, donde se espera una aplicación y análisis detallados en Innovación y Aplicaciones de la Bioquímica. Este proyecto final desafía a los estudiantes a enfrentar un problema específico o una oportunidad en su campo de estudio, requiriendo un enfoque analítico, creativo y estratégico. La tarea incluirá la formulación de hipótesis, la recopilación y análisis de datos, y la presentación de conclusiones sólidamente argumentadas. El soporte y la orientación del equipo docente estarán disponibles a lo largo del proyecto para potenciar la calidad y el impacto del trabajo final.