crecimiento microbiano ii

7/24/2019 Crecimiento Microbiano II

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INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA

Integrantes:

Christian CastroFiama Guevara

Carolina López

Valeria Martínez

BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL

TEMA: Cre!imiento mi!robiano ""



Cinética de crecimiento ce!ar Cinéticaen"im#tica

Crecimiento den reactor discontin!o tiene $arias

%ases

&ase dedesaceeraci'n



Crecimiento ( desaceeraci'n

$ % velo!idad volum&tri!a de produ!!ión de biomasa'(

) !on!entra!ión de !&lulas viables '(% velo!idad espe!i*!a de !re!imiento +,

-$ de prorde

.istemas !erradosCre!imiento !on!entra!ión

!elular

!re!imiento de !&lulas viables altiempo /

Ln ) * Ln )+

, !t0.olo si u no varia



L n

)

-epresenta!iónsemi lo(arítmi!a



Con!entra!ión ini!ial )oCon!entra!ión en t% 1 )o

Cre!imiento !elular se e$presa en t&rminos detiempo de dupli!a!ión partiendo de la e!ua!ión



Cre!imiento euilibrado

Am-iente

%a$ora-e

Reg!aci'n

meta-'ica

O-tenci'n decrecimientoe.!ii-rado/

sorteando ascondicionese0ternas

M-io( s

2ara eo a$eocidad

es1eci3ca de1rod!cci'n de

cada com1onentede c!ti$o

* de-e ser ig!a aa $eocidad de

crecimiento

ce!ar !4

5

1

" a5 e

Tiem1o ded!1icaci'n de

cada com1onentece!ar

* Td 1ara ecrecimiento4

2or o genera seda de manerasim!t#nea a

crecientito

e01onencia4



Velo!idad espe!i*!a en!re!imiento y

desa!elera!ión

2epende de la!on!entra!ión de

sustrato

3ni!o sue4e!to dom

velo!id!re!im

.ustrato limitante

En !re!imientoeuilibrado la

velo!idad espe!í*!a de!re!imiento serela!iona !on el

sustrato limitantemediante le e!ua!ión

de Momod



Mi!haelis

.olamente en !re!imiento euilibrado

5s muy peue6os

M(7 L en !arbohidratosu(7L !omponentes aminoa!idi!os

.l 88 5s

-$ orden /V !re!imiento independiente de +.,

9asta ue +., son muy baos

u%uma$ .88 ;/5s



C"<=>"C? 2E C-EC"M"E<>@ CPL?.M"2@ "<E.>?ALE

Mi!roor(anismos-e!ombinantes

Presenplásmido

!ar(metabó

2ele!!ión del(en !lonado

Perdida total delplásmido

-EP-@2CC"<

plásmido

@! u r re

i ne s t a b i l id

a

d



"<E.>?A"L"2?2 2EL PL?.M"2

Presen!iaplásmido % BD

!ar(ametabóli!a

Muta!ión del?2<

Plásmidode4e!tuoso



2upli!a!ión del plasmidos7(enera

!ión

E.>?A"L"2?2.EG-EG?C"@<

?L

E< CL>"[email protected]".C@<>"<@.

Modelo ue des!ribe 4ra!de !&lulas !ontiene plásmido0 a trav&s de

velo!idad de !re!imiento!ada pobla!ión:

CULTI6OSRECOMBINANTES BUSCAN:

C u a n

t i * ! a !

i

ó n

p: probabilidad de perdida de plásmid

x : !on!entra!ión de !&lulas porplásmidoH

x I : !on!entra!ión de !&lulas sin

J: velo!idad espe!í*!a de !re!imie!on plásmidoH

JI: velo!idad espe!í*!a de !re!imient



SU2OSICIONES:

>odas las !&lulas:% velo!idad de !re!imientoH% probabilidad de p&rdida de

plásmidoH

Velo!idad de !re!imiento depobla!ión !on plásmido

Velo!idad de !re!imientpobla!ión sin plásmid

2es!enden!ia sinplásmido



&RACCI7N DEC8LULAS CON

2LASMIDO

En untiempo t:

>eniendo en !uenta

ue es un !ultivodis!ontinuo:

-eemplazan

do:

2@<2E:



2epende de : 2epende

.in presiónde sele!!ión:

2ebido a BD!osto

metabóli!o

Con presiónde sele!!ión:

2ebido ain!apa!idad

dereprodu!irse

Cuando hayse(re(a!ión

p: probabilidad plásmido 7 (

J: velo!idad espe!í*!a de!re!imiento de !&lulas !on

plásmidoH

JI: velo!idad espe!í*!a de!re!imiento de !&lulas sin

plásmidoH



Cultivos !on

.on estableslue(o de1K

(enera!iones

En la realidad la p varíade !&lula a !&lulaH

"(ual ue sus

velo!idades espe!í*!asde !re!imiento .



C"<=>"C? 2E P-@2CC"< E<CL>"V@ CELL?-

Produ!tos debao pesomole!ularH

E$pulsados!omo

e$!rementode las !&lulas

en !ultivoH

Produ!tos4ormados a

partir de4ermenta!ió



Casede

meta-oito

Produ!tos*nales delmetabolis

moener(&ti!o

H

Produ!tosdel

metabolismo

se!undarioH

Produ!tosintermedio

s delmetabolis

moener(&ti!o

H



Velo!idad de 4orma!ión del produ!to enel !ultivo !elular

: velo!idad volum&tri!4orma!ión de produ!to;DH

: !on!entra!ión de bio

: velo!idad espe!í*!a 4orma!ión del produ!t

puede ser !al!ulado en!ualuier instante de

tiempo durante la4ermenta!iónH

velo!idad de 4orma!ión del prod!on!entra!ión de biomasa



&ormaci'n de 1rod!cto directamente asociameta-oismo energético4

Produ!tos de ruta(eneran ?>P

Velo!idad de prrela!ionada !on d

Ener(ía

Ener(ía para CManteni

: velo!idad volum&tri!a de 4orma!ión de biomasaH

: rendimiento teóri!o o verdadero de produ!to a partirde biomasa

: velo!idad espe!í*!a de 4orma!ión debida almantenimiento B>I;DH

: !on!entra!ión de biomasa



&ormaci'n de 1rod!cto asociado indirectamemeta-oismo energético4



&ormaci'n de 1rod!cto no asociado a meta-energético4



Cinética de cons!mo de s!sen !n c!ti$o ce!ar

.ustrato!onsumido por las

!&lulas

Cre!imiento

.íntesis deprodu!tosH

Genera!ión deener(ía en lasa!tividades demantenimiento

!elularH

Velo!idad esp!onsumo de .

de mantenimie

Es el !oe*!iente d

mantenimiento0 mde biomasaDBsDH

∆ de [ ] a través de las

celulares Necesida

por lo que la F. iónica



Eemplos de !oe*!ientes demantenimiento para varios or(ani



Velo!idad de !onsumo desustrato se e$presa en 4un!ión

de +biomasa,

Consumo de.ustrato

?usen!ia de4orma!ión de

Produ!tosH

Con4orma!ión de

produ!tos



Cons!mo de s!strato en a!sencia de %ormac1rod!cto

<o e$iste 4orma!ión de PH e$tra!elularH.e supondrá ue todo el . ue entra en la

!&lula !re!imiento y 4un!iones demantenimientoH

6eocidades de dic9asacti$idades ce!ares:

es la velo!idad volum&tri!a debiomasa0 el rendimiento biomasa a partir de sustrato0 m

de mantenimiento y es la !on

Como y

La velo!idad de !ones:

Cons!mo de s!strato con



Cons!mo de s!strato con%ormaci'n de 1rod!cto

• Los modeos de !;o de s!strato en cé!as .!e sinteti"an 1rod!ctos da %ormaci'n de 1rod!cto se enc!entra asociada o no a meta-oismo e

&ormaci'n de 1rod!cto asociado directamentea as r!tas de generaci'n de energ<a4

&ormaci'n de 1rod!cto NO a as r!tas de generaci'n de

• .íntesis del P es una !onse!uen!ia del !re!imientoy del mantenimiento !elularH

• <o uo separado de sustrato para síntesis de PH• . !onsumido para mantenimiento <@ !ontribuye

al !re!imientoH

>odo o parte del . ne!esdel P es adi!ional al !re!imiento y el mansuministra por separadoH

Cons!mo de s!strato con



&ormaci'n de 1rod!cto asociado directamentea as r!tas de generaci'n de energ<a4

En este !aso se apli!an lase!ua!iones para el !onsumode sustrato en ausen!ia de4orma!ión de produ!toH

Porque no incluye un flujoseparado para la síntesis del P.

Cons!mo de s!strato con%ormaci'n de 1rod!cto

&ormaci'n de 1rod!cto NO asociaa as r!tas de generaci'n de ener

Velo!idad de !onsumo de . es• velo!idad de !re!imientoH• velo!idad de 4orma!ión de p• velo!idad de !onsumo de

mantenimiento

0 y son la velo!idad volum&tri!sustrato0 de produ!!ión de biomasa produ!toH y rendimiento verdadero de b

sustrato y de produ!to a partir d



E4e!to de las !ondi!iones de !uen la !in&ti!a !elular

TemperaturaCambiar la!on4orma!ión de!onstituyentesestru!turales

Coe*!

manteBmsD

CoerendD

Temperatura



•Velo!idad de !re!imiento se dupli!a por !ada ;/aumento de >H

E4e!to de las !ondi!iones de !ultivo en la !in&t

Cre!imiento de E.coli con respecto a

la temperatura



E4e!to de las !ondi!iones de !uen la !in&ti!a !elular

pH p9% ;I1 unidades varia!Vma$

Per*l de síntesis deprodu!toVaria!ión de ener(ía

ó á



2etermina!ión de parámetros!in&ti!os !elulares

• Velo!idades de !re!imiento0 de 4orma!ión de prodde !onsumo de sustrato

• 2ire!ta: <mero de !&lulas0 masa de !&lulas se!a o huvolumen de !&lulas o turbidez

• "ndire!tas: Medir la 4orma!ión del produ!to0 la evolu!ió!alor o la !omposi!ión !elular

V l id d d i i t d 4 ió d d



Velo!idades de !re!imiento0 de 4orma!ión de prodde !onsumo de sustrato

M&todo de área euivalente

a Vm

M&todo de pend

punto medio



t•

Velo!idades de !re!imiento0 de 4orma!ión de prode !onsumo de sustrato

M&todo alternativo para !al!ulo de J

Gr$s

Fase de !re!imiento!uando es !te

Pe

emp o: empo e up !a! n ehib id



emp o: empo e up !a! n ehibridomana línea de !&lulas de hibridoma ratónIraton se utilizprodu!ir anti!uerpos mono!lonalesH .e estudia el !re!un !ultivo dis!ontinuo !on los si(uientes resultados:Tiem1o

=d<as>

Concentraci'n

=cé!as?m 0@/0/ /0QK

/01 /0K1

/0K /0RK

;0/ /0S;

;0K ;011

10/ ;0TT10K 10;

0/ 0KK

0K Q0/1

Q0/ 0TT

Q0K 101/

aD Cal!ular lavelo!idadespe!i*!a de!re!imientodurante la 4asede !re!imiento

bD UCuál es eltiempo dedupli!a!ión del

.olu!ión



• <o se observa 4ase de laten!ia• 2ebemos en!ontrar el intervalo donde es !onsta• 2es!artamos ltimos puntos Bmuerte o

desa!elera!iónD

• -espuesta:• La pendiente es /HRS1;

Por lo tanto %/HRS

/ /HK ; ;HK 1 1HK /

/HK

;

;HK

1

1HK

4B$D % /HRS$ /H

5



ma$ y 5 s 5 s en !ultivo !elular es

2i4í!il determinar a partir dis!ontinuo

ma$ es la velo!idad de !re$pnen!ial

E4 t d l t i i t b



E4e!to del mantenimiento sobrerendimientos



-endimientos observadosH NW$s % % NWp$ % %

NWps % %

•

-endimiento de biomasa a part



-endimiento de biomasa a partsustratoHsíntesis del produ!to está dire!tamente aso!iado metabolismo ener(&ti!oH

NW$s %

"nvirtiendo se obtiene:

%

•

-endimiento de produ!to a part



-endimiento de produ!to a partbiomasaH

NWp$ % Np$

Para aumentar el rendimiento observado de prodpara un determinado pro!eso0 mp debe aumentardisminuir uH

•

-endimiento de produ!to a part



-endimiento de produ!to a partsustratoH

NWps %

En mu!has 4ermenta!iones anaerobias !omo en laprodu!!ión de etanol0 el rendimiento de produ!to

de sustrato es un 4a!tor !ríti!o ue a4e!ta a la e!odel pro!esoH

•



Cin&ti!a de muerte !elular



Eer!i!io

• n !ultivo madre de !&lulas Streptococcus crem

!ontienen plásmido se mantiene en un sure(ular durante un periodo de 1S díasH >randi!ho periodo se mide la 4ra!!ión de !&lu!ontienen plásmido y se en!uentra ue es /velo!idad espe!í*!a de !re!imiento de !&lulas plásmido a la temperatura de alma!enamient/H/7h y la velo!idad espe!í*!a de !re!imienlas !&lulas ue !ontienen plásmido es de /H/todas las !&lulas !ontienen ini!ialmente pCal!ular la probabilidad por (enera!ión de pe

X % % % ;H1

•



X ;H1

El nmero de (enera!iones de !&lulas ue !ontienen plásmido trade 1S días es:

n % % % 1QH1

.i la 4ra!!ión de !&lulas ue !ontienen plásmido es F % /HRR

/HRR % % % %

Multipli!ando por el denominador

/H1;; ;Q;HQYpBD % /H1 p

;Q;HQYp BD Z /H;/Y Z p % /

•



1 @@41 => +4@+ 1

+/++@ /0/Y+/++ /0;S;R+/+++H I/0//YK+/+++H I/0///S

+/+++HH /0///R+/+++H

/0////;T

1

+/++@ /0/Y+/++ /0;S;R+/+++H I/0//YK+/+++H I/0///S

+/+++HH /0///R+/+++H

/0////;T



Bi-iogra%<a

• 2oran0PH B;YYKDH Prin!ipios de in(eniería de losbiopro!esosH Espa6a: Editorial ?!ribiaH Pp: 1SYI

crecimiento microbiano ii

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