CULTIVOS CELULARES Y CRECIMIENTO MICROBIANO

TEMA 6. CULTIVOS CELULARES Y CRECIMIENTO MICROBIANO
CONTEXTO
Como resultados del aprendizaje asociado a este tema, se adquieren las siguientes competencias:
Aprender conceptos generales y mecanismos básicos de biología molecular y la biotecnología
Adquirir conocimientos sobre estudios cinéticos de enzimas y mecanismos catalíticos y su aplicación posterior a sistemas de la industriabioquímica
Analizar las características y peculiaridades de los fermentadores y la influencia de las condiciones de operación
Diseñar reactores enzimáticos en fase homogénea
Diseñar fermentadores para una producción óptima de productos, con análisis de la influencia de las condiciones de operación

Los contenidos abarcan los aspectos relacionados con la cinética de poblaciones y con el diseño yanálisis de reactores enzimáticos y fermentadores.

ÍNDICE
6.1. Crecimiento de cultivos celulares
6.1.1. Fases de crecimiento en los cultivos celulares
6.1.2. Cinética de crecimiento. Ecuación de Monod
6.2. Crecimiento celular, consumo de sustratos y generación de productos: estequiometria, rendimiento y aspectos cinéticos
6.2.1. Estequiometría de formación de producto
6.2.2. Rendimientos
6.2.3.Generación de calor
6.2.4. Cinética de consumo de sustrato y formación de producto
6.3. Diferentes modelos de crecimiento celular


TEMA 6. CULTIVOS CELULARES Y CRECIMIENTO MICROBIANO
6.1. Crecimiento de cultivos celulares
Cuando se añade una pequeña cantidad de células vivas a una disolución líquida que contiene nutrientes esenciales a pH y temperatura adecuados, el cultivo crece. Elcrecimiento tiene dos manifestaciones diferentes según la naturaleza de las células implicadas. Para organismos unicelulares, que se dividen cuando crecen, el aumento de biomasa va acompañado del aumento del número de células. Por tanto, el problema se plantea como el de crecimiento de la población. Sin embargo, en el caso de los hongos, el crecimiento supone el aumento de la longitud y el número demicelios, y por tanto el aumento del tamaño y de la densidad del cultivo, pero no necesariamente del número de individuos.

Durante el crecimiento de una célula ocurren otros dos procesos asociados: captación de ciertos materiales del medio y liberación de productos metabólicos finales a los alrededores. La velocidad de estos procesos varía mucho a lo largo del crecimiento celular, y lacomplejidad de los modelos que proporcionen la descripción cinética adecuada depende de la complejidad del cultivo y del objetivo con el que se plantee la cinética. En la figura 6.1 se muestra un resumen de la situación, en la que hay implicados dos sistemas que interaccionan e intercambian materia, energía y cantidad de movimiento. Evidentemente no es práctico (ni posible) plantear un modelo cinético queincluya todos los detalles que se indican en la figura 6.1, y se suelen establecer una serie de aproximaciones:


Figura 6.1. Resumen de algunos parámetros, fenómenos e interacciones importantes que determinan la cinética de poblaciones celulares

Se considera que todos los componentes del medio, excepto uno, están presentes a concentraciones suficientemente elevadas como para que loscambios de concentración no afecten a las velocidades globales. Por tanto, un único componente es el nutriente limitante de la velocidad, y sólo se necesita considerar la concentración de ese nutriente cuando se analiza la influencia de la composición del medio sobre la cinética de crecimiento. No obstante, ocasionalmente es necesario considerar otros componentes del medio, como por ejemplo inhibidores,para poder tener una descripción adecuada del crecimiento de un cultivo.
En lo que se refiere a otros parámetros ambientales, se suele suponer que no afectan significativamente a la cinética de crecimiento microbiana en la escala de tiempo o en el intervalo de variación de las condiciones experimentales o de proceso típicas.
El control externo de los biorreactores permite regular parámetros...