El Cuaderno 16.doc

7/21/2019 El Cuaderno 16.doc

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EDICIN N 16

BIOTECNOLOGA APLICADA A LA INDUSTRIA TEXTIL

La industria textil, de la antigedad a la biotecnologa modernaEl uso de hilos te!idos tiene una larga historia" El uso del lino se remonta a la Edadde #iedra en Euro$a meridional, en el Norte de Euro$a se em$le% la lana desde la Edadde &ronce, la seda originaria de China se 'abrica hace mas de ())) a*os" +uchotiem$o des$us, desde el siglo -.III, con la re/oluci%n industrial la in/enci%n de lam0uina de /a$or, se comen2aron a 'abricar con'eccionar telas a gran escala"En la actualidad, la industria textil est0 constituida $or subsectores di'erentesaunue interrelacionados, ue $roducen, desde las 'ibras hasta $roductos $ara elhogar" Cada subsector $uede considerarse como una industria $or se$arado, aunue el$roducto ue se obtiene en cada eta$a de la $roducci%n constitue el $rinci$al insumode materia $rima $ara la siguiente" En todas las eta$as se em$lea una am$lia /ariedadde tintes otros com$uestos umicos 30cidos, bases, sales, agentes humectantes,colorantes4, cuos $roductos son desechados en los e'luentes, $ueden im$actar en elambiente"#or esto, uno de los ob!eti/os de los tratamientos textiles modernos es obtener ele'ecto deseado en las 'ibras, utili2ando $rocesos ue conlle/en el mnimo im$actoambiental" Dentro de este contexto, se comen2aron a utili2ar di/ersos $rocesosbiotecnol%gicos, mediante el em$leo de en2imas" 5stas cum$len el reuisito de serres$etuosos con el medio ambiente 3debido a ue las en2imas son biodegradables4,actan sobre molculas es$ec'icas actan ba!o condiciones sua/es"

Esquema de empleo de biote!olo"#a e! p$oesos i!dust$iales7da$tado dehtt$899:::"en"u'sc"br9labs9$robio9disc;eng;bio9trabalhos;$os


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En trminos del $roceso de 'abricaci%n, la industria textil $uede di/idirse en cuatroeta$as $rinci$ales8 14 $roducci%n de la hebra?


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almid%n $or 'ermentaci%n, en agua con microorganismos $resentes en 'orma natural,ue descom$onen el almid%n del te!ido"7ctualmente, estos tratamientos se encuentran en desuso debido a las di'icultades$ro$ias del mtodo, de!ando lugar al uso de las en2imas amilasas" Las amilasas sonen2imas ue inter/ienen en la degradaci%n del almid%n" #ara ello se utili2an las amilasas

bacterianas $ro/enientes de &acillus subtilis &acillus lichen'ormis, las cuales sonestables a altas tem$eraturas"#ara e/itar la desnaturali2aci%n 3$rdida de la estructura terciaria la 'unci%n4 deesta en2ima durante el desengomado, $rimero se debe a*adir agua, calentar hastaalcan2ar la tem$eratura %$tima 3entre 6) 1))C4, establecer el $ %$timo 3neutro4 entonces a*adir la en2ima"Aegn su tem$eratura %$tima, se distinguen @ gru$os de amilasas8 tem$eratura %$tima de 6)FG)C8 se utili2a $ara el desengomado en un ba*o de

larga duraci%n ue dura entre < a 6 horas" tem$eratura %$tima de H)C8 usadas en m0uinas de la/ado continuo $or

algunos minutos" tem$eratura %$tima 1))C8 tratamientos con /a$or $or 1 a < minutos"

LIPASASAon en2imas ue degradan l$idos son usadas en la industria textil, !unto con lasamilasas, $ara el desengrasado de las 'ibras"

PECTINASASEn el tratamiento de las 'ibras de algod%n, se deben extraer las $ectinas de la $aredde las clulas $rimarias del algod%n" Las en2imas $ectinasas 3ue degradan estasustancia4 son utili2adas en el la/ado alcalino del algod%n" Numerosos estudiosreali2ados muestran ue un tratamiento usando solamente $ectinasa, seguido $or unen!uagado en agua caliente, es ca$a2 de hacer ue la 'ibra de algod%n se /uel/ahidr%'ila absorbente, 'acilitando su $osterior utili2aci%n"

CATALASASEn la industria textil la catalasa es utili2ada $ara descom$oner en oxgeno agua el$er%xido de hidr%geno 3


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PEROXIDASASLos restos de $er%xido de hidr%geno utili2ados en la eta$a de blanueo, en contactocon $igmentos sensibles a la oxidaci%n, $ueden $ro/ocar $eue*as alteraciones en latonalidad causando reducci%n en el color" En el $roceso con/encional, los residuos de$er%xido de hidr%geno son remo/idos a tra/s de /arios en!uagues o de la adici%n de

un reductor inorg0nico, el cual causa gran carga de sales en los e'luentes" #araminimi2ar este e'ecto, se utili2an las $eroxidasas ue reducen el $er%xido dehidr%geno" La cantidad de en2imas usada es menor ue la cantidad de agente reductorinorg0nico no causan $roblemas ecol%gicos, como la ele/ada carga de sales"Las $eroxidasas tambin $ueden ser utili2as des$us del te*ido, $ara la reducci%n decolorantes residuales"

CELULASASLas 'ibras est0n com$uestas b0sicamente de celulosa la cual, al ser un material nobiodegradable, constitue un $roblema $ara el $osterior tratamiento de e'luentes"

Las celulasas son en2imas ue degradan las 'ibras de la su$er'icie 3'ibras sueltas micro'ibrillas4 haciendo a los te!idos m0s lisos blandos"Bambin son usadas $ara $roducir la a$ariencia stone:ashed en los !eans"Bradicionalmente esta a$ariencia en los te!idos Denim 3nombre de la tela con ue sereali2an los !eans4 es otorgada $or un $roceso ue utili2a $iedraF$%me2 $ara desgastarel color localmente $or roce" Este $roceso $resenta muchas des/enta!as a ue causanel desgaste r0$ido rotura de las m0uinas utili2adas, $ro/ocan gran abrasi%nem$eorando la calidad de la tela causan $roblemas ambientales a ue se generane'luentes no biodegradables"La /enta!a en la utili2aci%n de celulasas en el $roceso de desgaste del !ean en relaci%nal $roceso con/encional, es ue no causa gran degradaci%n de la 'ibra como la $iedraF$%me2 el desgaste es m0s uni'orme"Las celulasas son utili2adas !untamente con las $iedras o sustitundolas totalmente"El $rocedimiento general $ara su a$licaci%n consiste en8 introducci%n de los artculos de celulosa en la m0uina a!uste de las condiciones del ba*o de tratamiento con $ entre (,( H,)

tem$eraturas de () a 6)C adici%n de la en2ima control de las condiciones de reacci%n 3tiem$o,

tem$eratura, $ agitaci%n mec0nica4 interru$ci%n de la actuaci%n de la en2ima8 agregando carbonato de sodio 9o

aumentando la tem$eratura hasta H)C durante 1) minutos

7l culminar este $roceso, se suele reali2ar un tratamiento de lim$ie2a con un agenteblanueante $ara resaltar los contrastes eliminar la re$osici%n de micro'ibraste*idas de color a2ul ue enmascaran el e'ecto logrado"

%El Cuade$!o de Po$ &u' Biote!olo"#a% es u!a (e$$amie!ta did)tia $eada * desa$$ollada po$ elequipo peda"+"io del P$o"$ama Eduati,o Po$ &u' Biote!olo"#a- Su $ep$odui+! est) auto$i.adaba/o la o!dii+! de que se ala$e la auto$#a * p$opiedad de este $eu$so peda"+"io po$ pa$te delP$o"$ama Eduati,o Po$ &u' Biote!olo"#a-


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Estas en2imas no s%lo se utili2an en el $roceso de stoneF:ash de telas $ara !eans, sinoue tambin se utili2an en telas destinadas a la con'ecci%n de blusas 'aldas,$orue el $roceso en2im0tico les otorga una textura atercio$elada similar a laseda natural"

LACASASAon en2imas del ti$o 'enolFoxidasa de$endiente de cobre ue tiene la ca$acidad decatali2ar reacciones de desmetilaci%n" Este es un $aso im$ortante en labiodegradaci%n de $olmeros ue contengan gru$os arom0ticos 'en%licos"Debido a esta $ro$iedad, la lacasa es utili2ada en la oxidaci%n del ndigo 3colorante deti$o 'en%lico4 en la $re$araci%n de telas $ara !eans" Esta en2ima es extrada dehongos, como Brametes hirsuta Aclerotium rol'sii"7dem0s, en $rocesos de oxidaci%n de muchos com$uestos 3$rinci$almente decom$uestos 'en%licos4 la lacasa $resenta una gran es$eci'icidad $ara un gran nmerode com$uestos no biodegradables, $or lo cual se em$e2% a utili2ar en tratamientos de

e'luentes industriales"

Uso de e!.imas e! el t$atamie!to de e1lue!teso en da, muchas en2imas son utili2adas $or una gran di/ersidad de ti$os deindustrias esto no es a!eno a la industria textil" Bradicionalmente, se han utili2adoen2imas en el $roceso de lim$ie2a de las 'ibras" 7hora, las en2imas como las$roteasas, li$asas, celulasas en2imas oxidati/as, se utili2an en el bio$rocesamientode 'ibras naturales, mientras ue otras son 'undamentales en el tratamiento dee'luentes deri/ados de esos $rocesos 3/er Cuaderno N @6 =64"La industria textil es una de las maores $roductoras de e'luentes luidos, los cualesson t%xicos, contienen $roductos no biodegradables tambin resistentes a ladestrucci%n $or mtodos de tratamiento 'sicoFumico" Los e'luentes textiles $oseenun ele/ado contenido de colorantes 31)F1( de los colorantes no 'i!ados son en/iadosal ro4 aditi/os ue generalmente son com$uestos org0nicos de estructurascom$le!as, no biodegradables"Las en2imas a$licadas en la industria textil deben $roducirse a ba!o costo, serestables en las condiciones de $ tem$eratura en ue se reali2an los tratamientostextiles, de uso mani$ulaci%n segura" En esto, la biotecnologa moderna !uega un rolim$ortante al $roducir en2imas recombinantes a gran escala $or 'ermentaci%n demicroorganismos cuo culti/o es conocido controlado" #or e!em$lo, existen en2imasal'a amilasa li$asas celulasas obtenidas a $artir de microorganismos recombinantes3/er cuaderno N G@4"7ctualmente, son estudiadas nue/as alternati/as ue utili2an microorganismos ca$acesde degradar de manera e'iciente un gran nmero de contaminantes a un ba!o costoo$eracional $ara el adecuado tratamiento de e'luentes textiles" >n e!em$lo es el



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&acillus subtillis ue'ue ada$tado a un medio de culti/o arti'icial $ara biodegradarcolorantes del ti$o Ja2oJ ba!o condiciones an%xicas 3con de'iciencia de oxgeno4" Estasbacterias utili2an el nitrato o nitrito como ace$tor 'inal de electrones, $osibilitando laoxidaci%n biol%gica de colorantes Ja2o" Bambin se utili2an bacterias, como#seudomonas s$ A$hingomonas s$, $articularmente tiles en la degradaci%n de a2oF

colorantes"Los hongos de descom$osici%n blanca, como #hanerochaete chrsos$orium, #leorotusostreatus, Brametes /ersicolor, Brametes hirsuta, Coriolus /ersicolor, #cno$orussanguineus, #cno$orus cinnabarinus, #hlebia tremellosa, Neuros$ora crassaKeotrichum candidum, son conocidos $or degradar /arios ti$os de colorantes textiles"Estos hongos $oseen la ca$acidad de minerali2ar, adem0s de la lignina, una /ariedad decontaminantes resistentes a la degradaci%n" Esta caracterstica se debe a la acci%n delas en2imas $eroxidasas lacasas $roducidas $or ellos"

CONSIDERACIONES 0ETODOL2GICAS

Este Cuaderno trata tres as$ectos 'undamentales relacionados8- la acti/idad industrial sus consecuencias en el ambiente,- el em$leo de en2imas en la industria en el ambiente- la lim$ie2a de la contaminaci%n ue $roduce la acti/idad industrial"7 su /e2, estos temas se /inculan con la biotecnologa moderna, a ue en todos loscasos se $ueden a$licar las nue/as tecnologas ue em$lean microorganismos o sus$roductos, a sea $ara me!orar la $roducci%n, reducir la contaminaci%n ambiental olim$iar el ambiente contaminado"Esto $ermite traba!ar el tema desde di'erentes en'oues" #odra introducirse el temaa $artir de la clase de geogra'a o de economa, en cuanto a la acti/idad industrial sus consecuencias en la sociedad" #or e!em$lo, traba!ar c%mo 'ueron /ariando lasacti/idades humanas a lo largo de la historia, c%mo 'ue /ariando la interacci%n delhombre con su entorno, c%mo el ambiente a'ect% seleccion% di'erentes caractereshumanos c%mo los humanos seleccionaron modi'icaron sus $ro$ios ambientes3desde su acti/idad de ca2adorFrecolector, los comien2os de la agricultura, lae/oluci%n Industrial, la e/oluci%n .erde, etc4"Bambin se $uede traba!ar desde la biologa teniendo en cuenta el conce$to demicroorganismos en2imas, su estructura sus mlti$les 'unciones 3/er Cuaderno N@), @=4" Es interesante introducir el conce$to de extrem%'ilos, las en2imas ue seextraen de estos organismos se em$lean en la industria 3/er Cuaderno N (G4" EsteCuaderno da e!em$los $r0cticos de la utilidad de las en2imas en la industria"Mtra alternati/a es introducir el tema a $artir de considerar as$ectos ambientales, eleuilibrio del ecosistema, auellos 'actores, como los contaminantes, ue alteran eseeuilibrio, las nue/as metodologas ue em$lea la biotecnologa $ara lim$iar elambiente 3remediaci%n, .er Cuaderno N @6, =6, G HH4"



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Ae sugiere traba!ar en clase el conce$to de im$acto ambientalcomo cualuieralteraci%n, $ositi/a o negati/a, de las $ro$iedades 'sicas, umicas o biol%gicas delmedio, causada $or la acti/idad humana ue, directa o indirectamente, $uedan a'ectarel aire, el agua, el suelo, el clima, el $aisa!e los seres /i/os, entre ellos el hombre, suscondiciones de /ida sus $ro$iedades culturales" Cuando el cambio ue se $roduce en

el ambiente $ro/oca un deseuilibrio en el ecosistema se habla de contaminaci%n"Mtro as$ecto interesante $ara traba!ar con los alumnos es el conce$to debiodegradable" Los contaminantes biodegradables son auellos $ara los cuales existenmecanismos e'icientes de tratamiento natural, es decir ue la naturale2a $or s mismalos descom$one, dis$ersa o recicla r0$idamente 3/er Cuaderno N =H4" Existencom$uestos sintticos ue $ueden ser degradados naturalmente $or organismos ueest0n en el ambiente" Ain embargo, su com$osici%n umica hace ue el ritmo dedegradaci%n natural sea demasiado lento en com$araci%n con el ritmo de acumulaci%nen el ambiente, $or lo ue $odran considerarse no biodegradables"Es im$ortante aclarar con los alumnos ue los microorganismos no actan

intencionalmente en bene'icio del hombre, sino ue incor$oran las sustancias delentorno como el resto de los seres /i/os, lo ue les $ermite nutrirse sobre/i/ir" Lautilidad de los microorganismos es $roducto del a$ro/echamiento ue el hombre hacede ellos en bene'icio $ro$io" Incluso cuando las bacterias se trans'orman mediantetcnicas de ingeniera gentica $ara ue acten como descontaminantes o $araem$lear las en2imas ue $roducen con ese 'in, las bacterias no hacen m0s ue cum$lircon sus 'unciones /itales"

CONCEPTOS RELACIONADOSContaminaci%n? im$acto ambiental? ecosistema? en2imas digesti%n en2im0tica?$olmeros mon%meros? microorganismos su 'unci%n en el ecosistema? com$uestosbiodegradables? ingeniera gentica? organismos transgnicos? biotecnologa ambiente"

ACTI3IDADESAti,idad 45 Repaso de o!eptosEl ob!eti/o de esta acti/idad es re$asar algunos de los conce$tos traba!ados en el Cuaderno,de manera ue cada alumno $ueda e/aluar sus conocimientos $lantear sus dudas" En la $arteb4 de la $regunta, es im$ortante ue los alumnos tradu2can en $alabras lo re$resentado en elesuema" Esto es un as$ecto im$ortante del traba!o en el aula, a ue la inter$retaci%n de las

re$resentaciones gr0'icas, la lectura de esuemas gr0'icos, su traducci%n a otroslengua!es, no resulta sim$le ni ob/ia" Ai esto no se traba!a con los alumnos, el em$leo dere$resentaciones gr0'icas $uede con/ertirse en un obst0culo en la com$rensi%n de losconce$tos"



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a4 >nir con 'lechas, teniendo en cuenta las caractersticas de las en2imas utili2adas en laindustria textil8

a" >tili2ada luego del blanueo $ara descom$oner el


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algod#n&, e"plic# (ang. En cambio las plumas de pollo estn constituidas principalmente de queratina, lamisma protena que tiene la lana. os investigadores estn trabajando para fabricar fibras inclusive mejoresque la lana, basndose en la arquitectura particular que tienen ciertos aportes de las plumas.

#reguntas $ara anali2ar el textoa" OEn ue a*o en d%nde se reali2% la in/estigaci%nP ta8 Esta in/estigaci%n 'ue reali2ada

$or cient'icos de la >ni/ersidad de NebrasQa los resultados de la misma 'ueronconocidos en Ae$tiembre de


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3. OCu0l sera el bene'icio de este $rocesoP ta" no se usaran colorantes ue son $roductosumicos ue constituen $arte im$ortante de los e'luentes ue contaminan los ros a dondedesembocan"

Ati,idad 7- P$odui+! de u!a e!.ima $eombi!a!teEsta acti/idad tiene $or ob!eti/o re$asar conce$tos ue 'ueron traba!ados en otrosCuadernos ue se incluen en este Cuaderno" Estos conce$tos se re'ieren a la biotecnologamoderna, la ingeniera gentica, los /ectores, los organismos transgnicos, etc" #ara lograrlo se$ro$one anali2ar una in'ogra'a en donde se muestra un esuema de la obtenci%n de una en2imade inters a $artir de microorganismos recombinantes" En este caso se $ondr0 como e!em$lo laobtenci%n de la en2ima elulasa $eombi!a!teue se utili2a am$liamente en la industria textil $a$elera" Luego, teniendo en cuenta la in'ormaci%n ue el esuema suministra, se $ro$onecom$letar el $0rra'o con los trminos ue se indican a continuaci%n8 PL@S0IDO6 CELULASA6GEN63ECTOR6ER0ENTADORES6RESISTENCIA A ANTIBI2TICOS6PURIICACI2N6INGENIERA GENTICA6TRANSOR0ADAS6RECO0BINANTE6BACTERIAS



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#ara /er claramente la imagen recurrir a la 'uente8htt$899:::"bio$lanet"net9maga2ine9bio;se$oct;19bio;1;se$oct;industria"htm

Bexto8Como $rimer $aso, se debe detectar aislar el;;;;;ue codi'ica $ara la en2ima de inters

3en este caso, la en2ima;;;;;;;4" +ediante la a$licaci%n de las tcnicas de;;;;;;;;;;;;;, se debe introducir el gen aislado en un;;;;de transgnesis 3en este e!em$lo, un;;;;;;;;4 luego incor$orarlo en;;;;;;;;;" Este /ector tambin $osee genes de;;;;;;;; ; ;;;;;;;;;; los cuales al estar $resentes en el genoma de las bacteriastrans'ormadas $ermiten la selecci%n durante el crecimiento de los microorganismosresistentes a los antibi%ticos">na /e2 ue las bacterias est0n;;;;;;;;;;;, se $rocede a culti/arlas en reci$ienteses$eciales llamados;;;;;;;;;" Des$us de seleccionar la ce$a de bacterias ue $resente elmaor grado de $roducci%n de en2ima;;;;;;;;;;;se $rocede a la;;;;;;;;;de lacelulasa hasta obtener un $roducto comerciali2able"

Respuesta5Como $rimer $aso, se debe detectar aislar el genue codi'ica $ara la en2ima de inters 3eneste caso, la en2ima celulasa4" +ediante la a$licaci%n de las tcnicas de ingenieragentica, sedebe introducir el gen aislado en un /ectorde transgnesis 3en este e!em$lo, un $l0smido4 luego incor$orarlo en bacterias" Este /ector tambin $osee genes de resistencia a antibi%ticoslos cuales al estar $resentes en el genoma de las bacterias trans'ormadas $ermiten laselecci%n durante el crecimiento de los microorganismos resistentes a los antibi%ticos">na /e2 ue las bacterias est0n trans'ormadas, se $rocede a culti/arlas en reci$ienteses$eciales llamados 'ermentadores" Des$us de seleccionar la ce$a de bacterias ue $resenteel maor grado de $roducci%n de en2ima recombinantese $rocede a la $uri'icaci%nde lacelulasa hasta obtener un $roducto comerciali2able"

0ATERIAL DE CONSULTA

&iotecnologa a$licada a la industria textil" Aitio brasilero sobre los ti$os de en2imas utili2adosen estos $rocesoshtt$899:::"en"u'sc"br9labs9$robio9disc;eng;bio9trabalhos;$os


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&iorremediaci%n8 e$orta!e al Dr" en Ciencias &ernardo Kon20le2"htt$899:::"bio$lanet"net9maga2ine9bio;!ulago;

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