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