Guía docente de Biotransformación de Residuos Vegetales: Aplicaciones (M38/56/1/7)

1. Materiales lignocelulósicos (MCLs): naturaleza y composición
2. Estructura de la celulosa
3. Estructura de la hemicelulosa
4. Estructura de la lignina
5. Complejos carbohidrato-lignina
6. Otros materiales
7. Biodegradación de la celulosa

• 7.1. Degradación aerobia
• 7.2. Degradación anerobia
• 7.3. Sistemas celulasa: Endoglucanasas, Celobiohidrolasas y β-glucosidasas. Mecanismos de acción y clasificación
• 7.4. Celulosoma de Clostridium thermocellum

8. Biodegradación de las hemicelulosas

• 8.1. Xilanasas. Tipos y mecanismos de acción
• 8.2. Otros enzimas implicado

9. Biodegradación de la lignina

• 9.1. Hongos de la podredumbre blanca de la madera
• 9.2. Sistema ligninolítico
  • 9.2.1. Manganeso peroxidasas
  • 9.2.2. Lignina peroxidasas
  • 9.2.3. Versatil peroxidasa
  • 9.2.4. Lacasas
  • 9.2.5. Otros enzimas

10. Aprovechamientos actuales de los MLCs
11. Aprovechamiento de residuos de industria alimentaria
12. Métodos biológicos

• 12.1. Transformación a etanol y otros biocombustibles
• 12.2. Transformación de MLCs en compost
• 12.3. Fermentación en estado sólido (SSF)
• 12.4. Industria de la pasta y del papel
• 12.5. Tratamientos biológicos de residuos industriales
• 12.6. Otros usos de los enzimas ligninolíticos

Los propios del Máster

Se recomienda a los estudiantes asistir con algún dispositivo con conexión a Internet (portátil, tablet, etc.).

1. El alumno sabrá/comprenderá:
   • La gran importancia de la biomasa lignocelulósica como el principal reservorio de carbono.
   • La composición química y estructura de la celulosa, hemicelulosa y lignina.
   • Las características químicas de estos polímeros, que condicionan los diferentes tipos de degradación por bacterias y hongos.
   • Los mecanismos de acción de los principales enzimas hidrolíticos que intervienen en la degradación de la celulosa y de las hemicelulosas.
   • Los mecanismos de acción de los principales enzimas oxidativos implicados en la degradación de la lignina.
   • Los actuales aprovechamientos de los materiales lignocelulósicos, tanto de los polisacáridos como de la lignina.
   • La importancia de los materiales lignocelulósicos en las tecnologías limpias.
   • Los métodos biotecnológicos más significativos para el aprovechamiento y/o biotransformación de los materiales lignocelulósicos.
   • Las principales aplicaciones de los enzimas lignocelulolíticos en diferentes industria
2. El alumno será capaz de:
   • Conocer la estructura y composición de los polímeros principales que forman parte de los materiales lignocelulósicos: la celulosa, las hemicelulosas y la lignina.
   • Saber la distribución y disposición de estos tres componentes en diferentes materiales lignocelulósicos
   • Comprender que los polímeros polisacarídicos (celulosa y hemicelulosas), debido a su composición, necesitan sistemas complejos de enzimas hidrolíticos.
   • Comprender que, debido a la naturaleza polifenólica de la lignina, su degradación requiere un complejo sistema lignocelulolítico oxidativo e inespecífico.
   • Saber y comprender las ventajas e inconvenientes de los principales métodos actuales de aprovechamiento de los materiales lignocelulósicos
   • Saber y comprender los diferentes métodos biotecnológicos que utilizan los materiales lignocelulósicos para la obtención de biocombustibles, enzimas y otros productos útiles.
   • Saber los principales usos de los microorganismos y enzimas lignocelulolíticos.

1. Materiales lignocelulósicos: distribución, naturaleza y composición
2. Estructura de la celulosa
3. Estructura de la hemicelulosa
4. Estructura de la lignina
5. Complejos carbohidrato-lignina
6. Otros materiales
7. Biodegradación de la celulosa

• Degradación aerobia
• Degradación anerobia
• Sistemas celulasa: Endoglucanasas, Celobiohidrolasas y Beta-glucosidasas. Mecanismos de acción y clasificación
• Oxidasas líticas
• Expansinas
• Celulosoma de Clostridium thermocellum

8. Biodegradación de las hemicelulosas

• Xilanasas. Tipos y mecanismos de acción
• Otros enzimas implicados

9. Biodegradación de la lignina

• Hongos de la podredumbre blanca de la madera
• Sistema ligninolítico
  • Manganeso peroxidasas
  • Lignina peroxidasas
  • Versatil peroxidasa
  • Evolución de las peroxidasas ligninolíticas
  • Lacasas
  • Peroxidasas que decoloran colorantes
  • Peroxidasas inespecíficas UPO
  • Otros enzimas

10. Aprovechamientos actuales de los materiales lignocelulósicos. Tecnologías limpias.

• Aplicación directa
• Aplicación indirecta
  • Tratamientos termoquímicos (aprovechamiento global)
  • Tratamientos químico-hidrolíticos (aprovechamiento fraccionado)
  • Métodos de deslignificación
  • Métodos de hidrólisis de polisacáridos (con ácidos, enzimas y mixtos).
  • Procesos hidrotérmicos.
  • Métodos biotecnológicos:
    • Aprovechamiento energético (Obtención de biogás y obtención de bioetanol)
    • Obtención de metabolitos microbianos: enzimas ligninolíticos
    • Compost

11. Aplicaciones de los enzimas ligninolíticos.

• Industria del papel y de la pasta
• Industria textil
• Industria alimentaria
• Producción de biocombustibles
• Procesos de biorremediación

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• Asistencia a las clases y participación en las discusiones y actividades propuestas (50%). Se evaluarán las competencias CB7, CB8, CB10, CE4, CE37.
• Evaluación de los conocimientos obtenidos a través de la elaboración de una memoria (40%). Se valorará la comprensión de los diferentes temas tratados y la capacidad de relacionarlos con las diferentes aplicaciones y problemáticas actuales. Se evaluarán las competencias CB7, CE2, CE4, CE6, CE7. 
• Realización de un trabajo complementario (10%). Se preparará un resumen crítico de un artículo científico propuesto por el/la profesor(a) o de elegido por el alumno con supervisión del profesor (de forma presencial o a través de correo electrónico). Se evaluarán las competencias CB8, CB9, CE3, CE4, CE7, CE8, CE9

• Evaluación de los conocimientos obtenidos a través de la elaboración de una memoria (80%). Se valorará la comprensión de los diferentes temas tratados y la capacidad de relacionarlos con las diferentes aplicaciones y problemáticas actuales. Se evaluarán las competencias CB7, CE2, CE4, CE6, CE7. 
• Realización de un trabajo complementario (20%). Se preparará un resumen crítico de un artículo científico propuesto por el/la profesor(a) o elegido por el alumno con supervisión del profesor (de forma presencial o a través de correo electrónico). Se evaluarán las competencias CB8, CB9, CE3, CE4, CE7, CE8, CE9.

• Evaluación de los conocimientos obtenidos a través de la elaboración de una memoria (80%). Se valorará la comprensión de los diferentes temas tratados y la capacidad de relacionarlos con las diferentes aplicaciones y problemáticas actuales. Se evaluarán las competencias CB7, CE2, CE4, CE6, CE7.
• Realización de un trabajo complementario (20%). Se preparará un resumen crítico de un artículo científico propuesto por el/la profesor(a) o de elegido por el alumno con supervisión del profesor. Se evaluarán las competencias CB8, CB9, CE3, CE4, CE7, CE8, CE9.