crecimiento microbiano ii
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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 ""
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Cinética de crecimiento ce!ar Cinéticaen"im#tica
Crecimiento den reactor discontin!o tiene $arias
%ases
&ase dedesaceeraci'n
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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
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L n
)
-epresenta!iónsemi lo(arítmi!a
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Con!entra!ión ini!ial )oCon!entra!ión en t% 1 )o
Cre!imiento !elular se e$presa en t&rminos detiempo de dupli!a!ión partiendo de la e!ua!ión
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Cre!imiento euilibrado
Am-iente
%a$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 $eocidad de
crecimiento
ce!ar !4
5
1
" a5 e
Tiem1o ded!1icaci'n de
cada com1onentece!ar
* Td 1ara ecrecimiento4
2or o genera seda de manerasim!t#nea a
crecientito
e01onencia4
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Velo!idad espe!i*!a en!re!imiento y
desa!elera!ión
2epende de la!on!entra!ión de
sustrato
3ni!o sue4e!to dom
velo!id!re!im
.ustrato limitante
En !re!imientoeuilibrado la
velo!idad espe!í*!a de!re!imiento serela!iona !on el
sustrato limitantemediante le e!ua!ión
de Momod
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Mi!haelis
.olamente en !re!imiento euilibrado
5s muy peue6os
M(7 L en !arbohidratosu(7L !omponentes aminoa!idi!os
.l 88 5s
-$ orden /V !re!imiento independiente de +.,
9asta ue +., son muy baos
u%uma$ .88 ;/5s
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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
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"<E.>?A"L"2?2 2EL PL?.M"2
Presen!iaplásmido % BD
!ar(ametabóli!a
Muta!ión del?2<
Plásmidode4e!tuoso
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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
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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
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&RACCI7N DEC8LULAS CON
2LASMIDO
En untiempo t:
>eniendo en !uenta
ue es un !ultivodis!ontinuo:
-eemplazan
do:
2@<2E:
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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
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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 .
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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
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Casede
meta-oito
Produ!tos*nales delmetabolis
moener(&ti!o
H
Produ!tosdel
metabolismo
se!undarioH
Produ!tosintermedio
s delmetabolis
moener(&ti!o
H
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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
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&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
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&ormaci'n de 1rod!cto asociado indirectamemeta-oismo energético4
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&ormaci'n de 1rod!cto no asociado a meta-energético4
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Cinética de cons!mo de s!sen !n c!ti$o ce!ar
.ustrato!onsumido por las
!&lulas
Cre!imiento
.íntesis deprodu!tosH
Genera!ión deener(ía en lasa!tividades demantenimiento
!elularH
Velo!idad esp!onsumo de .
de mantenimie
Es el !oe*!iente d
mantenimiento0 mde biomasaDBsDH
∆ de [ ] a través de las
celulares Necesida
por lo que la F. iónica
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Eemplos de !oe*!ientes demantenimiento para varios or(ani
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Velo!idad de !onsumo desustrato se e$presa en 4un!ión
de +biomasa,
Consumo de.ustrato
?usen!ia de4orma!ión de
Produ!tosH
Con4orma!ión de
produ!tos
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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
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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
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&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
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E4e!to de las !ondi!iones de !uen la !in&ti!a !elular
TemperaturaCambiar la!on4orma!ión de!onstituyentesestru!turales
Coe*!
manteBmsD
CoerendD
Temperatura
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•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
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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
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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
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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
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t•
Velo!idades de !re!imiento0 de 4orma!ión de prode !onsumo de sustrato
M&todo alternativo para !al!ulo de J
Gr$s
Fase de !re!imiento!uando es !te
Pe
emp o: empo e up !a! n ehib id
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emp o: empo e up !a! n ehibridomana línea de !&lulas de hibridoma ratónIraton se utilizprodu!ir anti!uerpos mono!lonalesH .e estudia el !re!un !ultivo dis!ontinuo !on los si(uientes resultados:Tiem1o
=d<as>
Concentraci'n
=cé!as?m 0@/0/ /0QK
/01 /0K1
/0K /0RK
;0/ /0S;
;0K ;011
10/ ;0TT10K 10;
0/ 0KK
0K Q0/1
Q0/ 0TT
Q0K 101/
aD Cal!ular lavelo!idadespe!i*!a de!re!imientodurante la 4asede !re!imiento
bD UCuál es eltiempo dedupli!a!ión del
.olu!ión
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• <o se observa 4ase de laten!ia• 2ebemos en!ontrar el intervalo donde es !onsta• 2es!artamos ltimos puntos Bmuerte o
desa!elera!iónD
• -espuesta:• La pendiente es /HRS1;
Por lo tanto %/HRS
/ /HK ; ;HK 1 1HK /
/HK
;
;HK
1
1HK
4B$D % /HRS$ /H
5
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ma$ y 5 s 5 s en !ultivo !elular es
2i4í!il determinar a partir dis!ontinuo
ma$ es la velo!idad de !re$pnen!ial
E4 t d l t i i t b
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E4e!to del mantenimiento sobrerendimientos
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-endimientos observadosH NW$s % % NWp$ % %
NWps % %
•
-endimiento de biomasa a part
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-endimiento de biomasa a partsustratoHsíntesis del produ!to está dire!tamente aso!iado metabolismo ener(&ti!oH
NW$s %
"nvirtiendo se obtiene:
%
•
-endimiento de produ!to a part
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-endimiento de produ!to a partbiomasaH
NWp$ % Np$
Para aumentar el rendimiento observado de prodpara un determinado pro!eso0 mp debe aumentardisminuir uH
•
-endimiento de produ!to a part
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-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
•
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Cin&ti!a de muerte !elular
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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
•
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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 % /
•
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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
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