viernes, 22 de mayo de 2015

Resolución del problema de Cinética de la Lactasa # 11.4 . Doran


Script en R 


# CINETICA ENZIMATICA DE LA LACTASA 
# Problema 11.4 - Principios de la ingeniería de los bioprocesos - Pauline M. Doran. Ed Acribia
# Dr. Cid Ramón González       22/05/2015      IBQ - ITSA


# Datos de experimentación (generación de vectores):

# Concentración de lactosa= S (mol*L^-1*10^2)
S=c(2.5e-2,2.27e-2,1.84e-2,1.35e-2,1.25e-2,0.72e-2,0.46e-2,0.204e-2)    #(mol*L^-1)
#Velocidad inicial de reacción = v (mol*L^-1*min^-1*10^3)
v=c(1.94,1.91,1.85,1.8,1.78,1.46,1.17,0.779)
v1=v*10^-3                                                              # mol*L^-1*min^-1

# Ecuación linear de Langmuir para resolver Km y Vmax

# s/v= (1/Vmax)*(s)+(Km/Vmax)

# Resolución:

sv=S/v1                                  # 1) Calcular s/v
reg=lm(sv~S)                          # 2) Genera los coeficientes de la regresión linear
summary(reg)                        # Visualiza los valores del modelo linear
c=coef(reg)                           # Extrae los coeficientes de la regresión linear
b=signif(c[1])                        # Asigna valor a "b"(Intercept) a partir de "c"
m=signif(c[2])                       # Asigna valor a "m"(pendiente) a partir de "c"
Vmax=1/m                           # mol*L^-1*min^-1
Km=Vmax*b                          # mol*L^-1

# Graficar usando "plot"- "s/v" contra "s"

plot(S,sv, col="black",  
     main = "Cinética de Lactasa (s/v= (1/Vmax)*(s)+(Km/Vmax))",       # título del gráfico
     abline(lm(sv~S), col="red", lty="dashed"),                                       # linea de regresión
     xlab="[Lactosa]",                                                                          # título eje de las x
     ylab="Velocidad/[Lactosa]")                                                          # título eje de las y 
text(x=0.0075,y=10, labels="R2=0.9985\ny=445.1047*x+1.6959")         # agregar R^2 y ecuación
# Fin del Script 

miércoles, 20 de mayo de 2015

Diapositivas de cinética enzimática 1 parte

Encuentren el link para las dispositivas vistas en clase: 


Diapositivas: 

https://www.dropbox.com/sh/vqf7al45apl9oca/AAAspfFiDrEzTV2m07MO208Ea?dl=0

Instrucciones:
Da click en el link y te llevara al archivo. No necesitas tener una cuenta de Dropbox para acceder al archivo.








domingo, 19 de abril de 2015

Resolución de la constante de velocidad en una cinética de reacción de primer orden (R-Script)

# Método para calcular la constante de velocidad de una reacción de primer orden (k)
# Este ejemplo es una reacción de Bromo + ácido fórmico cuyos datos se encuentran en la tabla 13.1 del libro de Química  de Chang & Goldsby, undécima edición, p 567.
# Si la reacción es de primer grado entonces podemos comprobarlo con la ecuación ln[A]t=-kt+ln[A]0
# Paso 1: Importar los datos desde la tabla de excel en formato CSV usando:
R <- read.delim("~/Dropbox/ITSA/MATERIAS/CINETICA QUIMICO BIOLOGICA/R-exercises/Kinetics/reaccion_bromoac formico.txt")
# Cuando "R" corresponde a la tabla de datos:
View (R)
# Paso 2: Definir los valores de las variables a través de vectores: t=Tiempo; Br=concentracion del bromo
t<-R$Tiempo
Br<-R$Br
# Paso 3: Calcular el logaritmo de la concentración del Bromo
lnBr<-log(Br)
# Paso 4: Graficar el tiempo (t) contra logaritmo de la concentration de bromo (lnBr) en M
# para comprobar si la reacción es de primer orden, con la regresión lineal con el comando "abline" y "lm"
plot(t,lnBr, type="p", col="blue", xlab="Tiempo (s)", ylab="ln[Br](M)")
abline(lm(lnBr~t), col="red")
# Al cruzar la linea todos los puntos de concentración indica que la reacción es de primer orden. 
#  Paso 5: Realizar el cálculo de regresión lineal para encontrar los coeficientes de la recta:
Reg<-lm(lnBr~t)

summary(Reg)
# Donde la intersección será igual a la concentración inicial de Br. 
#  y coeficiente de t, es igual a la pendiente y por tanto igual a la constante de velocidad de reacción (k)

Video: 

Cualquier duda escribir en el espacio de comentarios en la parte de abajo. 
Saludos!

martes, 3 de marzo de 2015

Ejemplo 2: Calculo de las concentraciones en equilibrio (R-script)

#A 1280 °C la constante de equilibrio (Kc) para la reacción:
#Br2 (g)    <-->      2Br (g)
#es = 1.1 x 10-3.  
Si la concentración inicial es [Br2] = 0.063 M 
# y [Br] = 0.012 M,  calcula las concentraciones de las especies en equilibrio:
# Las concentraciones de equilibrio estan dadas por: 
#[Br2]eq= 0.063-x
#[2Br]eq= 0.012+2x
#Entonces Kc=(0.012+2x)^2)/(0.063-x)=1.1e-3
# Resuelve  x:
# Solución para la ecuación cuadrática:
#x= ((-b)+-sqrt((b^2)-(4*a*c)))/(2*a)
# Si:  4x2 + 0.0491x + 0.0000747 = 0 
#  Entonces 
a=4
b=0.0491
c=0.0000747
# Resolvindo la expresión: sqrt((b^2)-(4*a*c))=y  , entonces: 
y=(sqrt((b^2)-(4*a*c)))
#Tenemos que
x1=((-b)+(y))/(2*a)
x2=((-b)-(y))/(2*a)
print(x1)
print(x2)
# Para calcular las concentraciones en equilibrio [Br]=0.012+2x
Brx1=0.012+(2*x1)
Brx2=0.012+(2*x2)
print(Brx1)
print(Brx2)
# Debido a que Brx2 es negativa y este es un resultado imposible, se considera como Br1 la concentracion correcta y se considera entonces el valor de "x1" para calcular la concentracion de [Br2]
Br2=0.063+x1
print (Br2)

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Fin del script 

Encuentra los valores para las concentraciones de Br y Br2 en equilibrio:



jueves, 19 de febrero de 2015

Herramientas online para química analítica y bioquímica



Química ES
http://www.quimica.es/herramientas/


Simga Aldrich (R) *
http://www.sigmaaldrich.com/technical-service-home/web-tool-box.html


WebQC.org *
http://www.webqc.org/chemicaltools.php


* En inglés

Unidad 1 - Ejemplo de equilibrio en reacciones múltiples (Script-R)

Descripción:

# La ionización de los ácidos dipróticos en solución acuosa es un ejemplo de equilibrio múltiples.
# Para la disociación del ácido carbónico (H2CO3) a 25 °C se han determinado las siguientes constantes de equilibrio:
# Reacción 1:
# H2CO3(ac) <--> H+(ac) + HCO3-(ac)
# Reacción 2:
# HCO3-(ac) <--> H+(ac) +  CO3-(ac)
# Donde la ecuación general de la reacción está dada por: 
# H2CO3(ac) <--> 2H+(ac) +  CO32-(ac)
# Kc'= [H+][ HCO3-]/[H2CO3] = 4.7*10-7
# Kc''=[H+][CO32-]/[ HCO3-]= 4.8*10-11
# Kc=  [H+]2[CO32-]/[H2CO3]
# Si Kc'=Kc1
# y Kc''=Kc2, entonces 
Kc1=4.7e-7
Kc2=4.8e-11
Kc=Kc1*Kc2
print (Kc)


------------------------------
<fin de Script>

Hallar resultado para Kc:



Bibliografía: 

Quimica. CHANG & GOLDSBY. 2013 McGrawHill. Undécima edición. Español.









martes, 10 de febrero de 2015

Software para ingenieros bioquímicos

SuperPro Designer®

SuperPro Designer® es un programa que permite el modelado, evaluación, optimización de procesos de industrias alimentarias, farmacéuticas, química, bienes, tratamiento y purificación de aguas entre otras. 

Pagina web



Acceso al archivo Demo:

NOTA: Estos son vínculos a DropBox. No necesitas una cuenta para acceder a ellos: 

Windows XP / W 7


Windows XP/7/ 10


El presente archivo es un "Demo" del programa que limita a solo dos operaciones unitarias, suficientes para realizar ejercicios con biorreactores y diferentes operaciones unitarias. También existen plantillas con ejemplos de procesos completos como manufactura de quesos y anticuerpos monoclonales en inglés.  La versión mas actualizada puede instalarse en Windows 10 (v95). 


R-project 

R es un lenguaje matemático que esta originalmente diseñado para resolver matrices y vectores, aunque se ha complementado para realizar operaciones estadísticas básicas y avanzadas. Existen también complementos para hacer su uso mas amigable e intuitivo. Por ejemplo RStudio en conjunto con Rcommander puede ser utilizados por quienes están iniciando en el uso del lenguaje. También RKward es una opción muy parecida a la interfaz que existen en otras paqueterías para estadística como SPSS y Minitab, la diferencia es que estas son gratis bajo la licencia de GNU. También existen versiones para Windows, Mac y Linux. Es necesario un conocimiento previo de estadística. Actualmente existe un gran número de manuales y tutoriales en la página Web e incluso podrías buscar tutoriales en YouTube que pueden ser de gran ayuda. 

Pagina web 


Acceso a archivos:


RStudio para windows

Manuales para su instalación y uso en español: 

Otras opciones de descarga (Linux, MacOS y Windows): 

CRAN Mirror ITAM Mexico D.F.
http://cran.itam.mx/


Si tienes alguna duda, puedes usar la sección de comentarios abajo.





lunes, 9 de febrero de 2015

BIENVENIDA Y TEMARIO

PRESENTACIÓN  

CINÉTICA QUÍMICA Y BIOLÓGICA

Nombre de la asignatura: Cinética Química Biológica
Carrera: Ingeniería Bioquímica
Clave de la asignatura: BQF-1005
SATCA* 3 – 2 – 5
Catedrático: Dr. Cid Ramón González González

Bienvenid@ a la asignatura de Cinética Química y Biológica. Esta es una materia fundamental para tu formación como ingeniero bioquímico. Provee los principios básicos por los cuales un biorreactor opera en la transformación de la energía y la materia para llegar al producto deseado. 

Como ingeniero bioquímico debes poseer la competencia para diseñar biorreactores y fermentadores donde se llevan a cabo tanto biotransformaciones como fermentaciones microbianas, usando como catalizadores a sustancias de origen biológico como son las enzimas, parcial o totalmente purificadas, libres o inmovilizadas, y microorganismos donde se aprovechen los productos primarios o secundarios del metabolismo microbiano.

Por tanto, la presente es una materia antecedente a la materia de Ingeniería de Biorreactores. También capacita al Ingeniero Bioquímica para la obtención de los parámetros los diferentes modelos cinéticos, que le posibilitarán el modelamiento, la simulación y la optimización de procesos donde intervienen los procesos de reacción química o bioquímica.


TEMARIO:

Unidad 1. Equilibrio químico. 
1.1. Criterio de equilibrio de una reacción química. Determinación de la constante de equilibrio químico en sistemas ideales y no ideales, en reacciones homogéneas y heterogéneas, en función de la temperatura
1.2. Cálculo con software de la constante de equilibrio en función de la temperatura,
1.3. Constante de equilibrio en función de la temperatura, presión, concentración para reacciones homogéneas y heterogéneas.
1.4. No-idealidad de los sistemas en equilibrio. Cálculo con software del coeficiente de fugacidad. 1.5. Balances en el equilibrio. Cálculo de la temperatura, o de la presión, o de la conversión, o de la alimentación, para cualquier sistema reactivo dado.
1.6. Equilibrio químico en reacciones complejas.

Unidad 2. Cinética química 
2.1. Tipos de reacción y ecuación de la velocidad de reacción. Factores que afectan a la velocidad de reacción. Ley de acción de masas.
2.2. Tipos de reacción y modelos de ecuación de velocidad de reacción.
2.2.1. Reacciones simples.
2.2.2. Reacciones múltiples: acumulativas y competitivas.
2.2.3. Reacciones irreversibles y reversibles.
2.2.4. Reacciones elementales y no elementales.
2.3. Modelos cinéticos. Comprobación de los modelos de velocidad de reacción.
2.3.1. Método de integración.
2.3.2. Método de la vida media.
2.3.3. Método diferencial.
2.4. Influencia de la temperatura sobre la velocidad de reacción. Ecuación de Arrhenius.

Unidad 3. Catálisis 
3.1. Definiciones: Catalizador. Catálisis homogénea y heterogénea.
3.2. Propiedades del catalizador en fase sólida: Área interfacial; Estructura porosa; Catalizadores monolíticos (no porosos); Catalizadores soportados y no soportados; Promotores.
3.3. Etapas en una reacción catalítica, considerando la participación de las especies activas en la adsorción, reacción superficial y desadsorción.
3.3.1. Velocidad global de reacción controlada por la velocidad de reacción cuando la velocidad de difusión no es limitante.
3.3.2. Ecuación de velocidad obtenida por aplicación de un algoritmo. Comprobación del modelo y cálculo de los parámetros cinéticos en una reacción gas-sólido.
3.4. Aplicación de la ecuación de diseño de reactores para reacciones catalíticas heterogéneas.
3.5. Inactivación del catalizador: Por envejecimiento; Coquización; Envenenamiento.

Unidad 4. Cinética Enzimática 
4.1. Actividad catalítica de las enzimas. Sitio activo. Bases moleculares y termodinámicas de la acción catalítica de las enzimas.
4.2. Modelos matemáticos de la cinética de una reacción enzimática.
4.2.1. Modelo para una reacción enzimática simple cuando se logra equilibrio rápidamente.
4.2.2. Modelo de una cinética enzimática simple con la suposición del estado pseudoestacionario.
4.3. Determinación experimental de los parámetros cinéticos de la ecuación de Michaelis-Menten y las transformaciones de ésta.
4.4. Efecto de condiciones del entorno: Efecto de la concentración de sustrato; de la temperatura; del pH.
4.5. Inhibición enzimática: Irreversible; Reversible; Competitiva; No competitiva; Acompetitiva.
4.6. Modificación de la ecuación de velocidad con diferentes tipos de inhibición.
4.7. Inmovilización de enzimas. Métodos de inmovilización. Efecto de la inmovilización sobre la actividad catalítica. Limitaciones difusionales en sistemas con enzimas inmovilizadas.

Unidad 5.  Cinética Microbiana 
5.1. Estequiometría del crecimiento microbiano. Rendimientos.
5.2. Cinética de crecimiento. Ecuación de Monod. Inhibición del crecimiento. Otros modelos cinéticos de crecimiento microbiano.
5.3. Consumo de sustrato. Consumo de sustrato para crecimiento. Consumo de sustrato para mantenimiento celular. Requerimiento de oxígeno.
5.4. Efecto de pH y la temperatura sobre el crecimiento.
5.5. Formación de producto. Productos finales del metabolismo energético. Productos intermediarios del metabolismo primario. Productos del metabolismo secundario.
5.6. Ejemplos de procesos biotecnológicos donde intervengan enzimas y/o microorganismos.


Unidad 6. Electroquímica 
6.1. Conductancia, características de las interfases en electroquímica, celdas electroquímicas y reacciones químicas
6.2. Energía de Gibbs (interacciones ión – disolvente. Teoría de la doble capa)
6.3. Potenciales electroquímicos y efectos electrocinéticos (leyes de Faraday, potencial de electrodo y celdas electroquímicas)
6.4. Tipos de electrodos y sus actividades
6.5. Corrosión (electroquímica de la corrosión, diagrama Pourbaix)
6.6. Protección catódica y anódica