Nombre de la asignatura: Microbiología Ambiental. Carrera: Ingeniería Química. Clave de la asignatura: QUM 001

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1 1. DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Microbiología Ambiental Carrera: Ingeniería Química Clave de la asignatura: QUM 001 Horas teoría-horas prácticas-créditos: HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Aguascalientes, Enero de 2007 Participantes M. en E. S. Silvia Ruth Paredes Reyes Ing. Gilberto Rodríguez Domínguez M en P. Amelia Vidales Olivo Dr. Sergio Frausto Hernández Observaciones (cambios y justificación) Primera revisión y elaboración del programa Instituto Tecnológico de Aguascalientes, Mayo de 2008 M. en E. S. Silvia Ruth Paredes Reyes Dr. Sergio Frausto Hernández Segunda revisión y elaboración del programa

2 3. UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA a) Relación con otras asignaturas del plan de estudios Anteriores Posteriores Asignaturas Temas Asignaturas Temas Química Analítica I Equilibrio químico Tratamiento de Contaminación Equilibrio Ácido- aguas residuales biológica de agua. Base Control biológico de contaminantes Química Analítica II Espectrofotometría Manejo Integral Tratamiento de de residuos residuos sólidos sólidos y urbanos peligrosos Tratamiento de residuos sólidos peligrosos. Tratamiento Biológico de suelos Introducción a la Ingeniería Ambiental Principios fundamentales de Ecología Desarrollo Sustentable Impacto de las actividades humanas sobre el medio ambiente b) Aportación de la asignatura al perfil del egresado Proporcionar las bases para seleccionar los microorganismos adecuados para el diseño, operación y elección de sistemas de prevención, recuperación y tratamientos de todo tipo de efluentes, sitios erosionados y/o contaminado. Proporcionar conocimientos, habilidades y destrezas que le permitan encontrar soluciones a problemas de contaminación ambiental con una relación microbiológica. 4. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO Analizar la estructura y fisiología de los microorganismos, procedimientos para su aislamiento, identificación y aplicación en procesos de biodegradación de contaminantes en diferentes sustratos del medio ambiente y en producción alterna de energía.

3 5. TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Introducción a la 1.1 Definición e importancia de la microbiología microbiología ambiental ambiental Evolución de la microbiología Campos de aplicación de la microbiología 1.2 Ecología microbiana Distribución de los microorganismos en la naturaleza Superficies y biopelículas 1.3 Clasificación de los seres vivos 2 Morfología estructura y crecimiento microbiano 2.1 Clasificación de los microorganismos 2.2 Estructura de los microorganismos 2.3 Nutrición bacteriana Composición química de las baterías Macro nutrientes y micro nutrientes Métodos de aislamiento e identificación 2.4 Reproducción y desarrollo Curva de crecimiento microbiano Tiempo de generación y tasa de crecimiento Determinantes del crecimiento microbiano Medición del crecimiento microbiano 2.5 Eucariotes microscópicos 3 Metabolismo microbiano 3.1 Enzimas Características estructurales Propiedades físicas y químicas Condiciones que afectan la actividad enzimática 3.2 Producción y utilización de energía Fermentación Glucólisis y ciclo de Krebs Cadena respiratoria Respiración anaerobia Fotosíntesis 4 Microbiología aplicada al 4.1 Microbiología del agua Importancia del agua en la naturaleza

4 tratamiento biológico de agua, aire y suelo Indicadores biológicos de contaminación Procesos de purificación Biodegradación aerobia Biodegradación anaerobia Uso alternativo de subproductos de tratamiento biológico de contaminantes 4.2 Microbiología del suelo Factores que incluyen en los microorganismos del suelo Procesos aerobios y anaerobios de degradación de residuos orgánicos Biorremediación de suelos 4.3 Microbiología del aire Partículas infecciosas y contaminantes presentes en el aire Procesos de biofiltración para la degradación de contaminantes 5 Control microbiano 5.1 Importancia del control microbiano Definición de términos Condiciones que influyen en la acción antimicrobiana 5.2 Control de crecimiento mediante agente físicos Susceptibilidad de los microorganismos Desecación Presión osmótica Radiaciones Otros factores físicos 5.3 Control microbiano mediante agentes químicos 6. APRENDIZAJES REQUERIDOS Química orgánica I y II Elementos de ecología y sustentabilidad Elementos de bioquímica Análisis espectrofotométrico

5 7. SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Realizar investigación bibliográfica sobre temas que vinculen la realidad con la teoría y práctica. Efectuar traducciones de material bibliográfico para poner en práctica el inglés técnico y la consulta de libros en este idioma. Fomentar el trabajo en equipo, mediante la organización de actividades de exposición de temas de estudio. Llevar a cabo técnicas dinámicas como lluvia de ideas, Phillips 6,6, lectura dirigida, mesa redonda etc., para motivar la participación de los alumnos y la integración del grupo. Fomentar la vinculación de la microbiología con el entorno mediante las visitas a empresas. Realizar modelos moleculares para que el alumno relacione las biomoléculas con las estructuras de las células microbianas. Incentivar la búsqueda del conocimiento mediante investigación bibliográfica en libros revistas científicas y el Internet. 8. SUGERENICIAS DE EVALUACIÓN La evaluación del curso tendrá un carácter formativo y sumario bajo los siguientes lineamientos: Actividad evaluada Examen escrito Reporte de investigación Traducción y reporte Tareas Reporte y exposición oral Mesa redonda participación y resumen Mapa conceptual Reportes de investigación bibliográfica Seminario Laboratorio Nota: Para tener calificación aprobatoria, la asistencia mínima deberá ser del 80%, las visitas a industrias se califican como una práctica de laboratorio y las prácticas de laboratorio cuentan como una unidad.

6 9. UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1. Introducción a la microbiología ambiental Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Fuentes de Información Al finalizar la unidad el alumno: Realizar investigación 2, 10,12 Conocerá la historia de la ciencia de la microbiología y su importancia en el la vida del hombre, control de la contaminación y producción alterna de energía. Conocerá la taxonomía de los seres vivos y la posición de ella de procariotes y eucariotes microscópicos bibliográfica sobre la aplicación de la microbiología en distintas actividades. Establecer mediante un debate los argumentos de los estudiosos de la microbiología,- como Luis Pasteur-, para refutar la generación espontánea. Traducir y hacer un resumen a cerca de la clasificación filogenética y la clasificación tradicional. Unidad 2. Morfología, estructura y función de los microorganismos Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Fuentes de Información Al término de la Hacer una maqueta de una 2, 9,10,11 unidad, el alumno bacteria Gram positiva y Gram conocerá la negativa, para resaltar las composición diferencias entre sus química y función de la estructura de la estructuras. Hacer cuadros explicativos de célula bacteriana. diferencias estructurales y Será capaz de composición química de la aplicar la membrana celular entre metodología de bacterias, arqueobacterias, enriquecimiento en el aislamiento e identificación de hongos, algas y protozoarios Analizar un texto sobre macronutrientes y

7 microorganismos. Identificará los factores que intervienen en el crecimiento de los microorganismos y aprenderá a aplicarlos y controlarlos. micronutrientes y efectuar tablas de cada micronutriente y micronutriente, forma química en la naturaleza, de que biomolécula y estructuras microbianas forma parte Hacer una relación de los requerimientos nutritivos, la forma en que se encuentran en la naturaleza y la función que tienen en la bacteria. Hacer mapa conceptual de clasificación de microorganismos por requerimientos nutritivos y condiciones ambientales Trabajo grupal: estudio de casos de aplicación de la técnica de enriquecimiento para el aislamiento de microorganismos fotótrofos, litótrofos, organótrofos. Investigar la técnica de polimerización en cadena Trabajo de investigación por equipo de tres personas: Técnicas para determinación de biomasa Ejercicios para determinación de tiempo de generación y tasa de crecimiento. Realizar un trabajo de investigación: : Eucariotes microbianos y su aplicación en la solución de problemas ambientales

8 Unidad 3. Metabolismo microbiano Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Fuentes de Información Explicará la relación entre la naturaleza En equipo hacer una maqueta: una enzima una proteína 2,5, 6, 9,10 química de las Investigación bibliográfica: enzimas y sus propiedades y función en las células. Al finalizar la unidad, el alumno será capaz de interpretar las vías metabólicas de fermentación, ciclo de Krebs, reparación anaerobia, y fotosíntesis que realizan los microorganismos para obtener su energía. Naturaleza química de las enzimas Discusión del grupo. Efecto de los contaminantes en inhibición de reacciones enzimáticas Analizar la glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria. Aplicación en un caso real de tratamiento de desechos orgánicos Unidad 4. Microbiología aplicada al tratamiento biológico de agua, aire y suelo Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Fuentes de Información Al término de la Investigar información 1,3,7,10,11,13 unidad identificará bibliográfica sobre la Normas los microorganismos patógenos que son transmitidos por el Oficial Mexicana para agua potable y agua residual Determinar las diferencias en agua y los las técnicas de cuantificación microorganismos de coliformes totales y empleados como coliformes fecales en agua indicadores de potable y agua residual. contaminación fecal. Determinar los parámetros que Conocerá y controlan un proceso de comprenderá el tratamiento de agua aerobio y

9 fundamento de las técnicas microbiológicas y su procedimiento para aplicarlas en diferentes circunstancias ambientales, de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana. Analizará el proceso secundario del tratamiento de aguas por lodos activados, para determinar las condiciones y factores de control. Analizará el proceso degradación anaerobia y su aplicación en plantas de tratamiento y en la producción de biosólidos y fuentes de energía alterna. Aplicará técnicas para toma de muestras, monitoreo y control biológico de la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas, y la sustentabilidad del recurso. anaeróbico, así como las técnicas para su análisis. Investigar y exponer los siguientes temas: Tratamiento aerobio de aguas residuales. Tratamiento anaerobio de aguas residuales. Degradación de residuos sólidos: composta. Suelos contaminados con petróleo Biofiltros

10 Unidad 5. Control microbiano Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Fuentes de Información Conocerá los Realizar Investigación 3, 11 principales factores físicos y químicos bibliográfica sobre los agentes químicos y físicos utilizados en para el control de la industria y en la los microorganismos, su potabilización y tratamiento de agua. Exponer la experiencia acción tóxica y en el seminario factores de control en su aplicación 10. FUENTES DE INFORMACIÓN 1. BULOCK, J. K. (1987). Basic biotechnology. Academic Press. London. 2. BROCK, TOMAS D., MADIGAN. M. T. (1991). Microbiología. 6ª de. Prentice Hall Hispanoamericana S.A... U.S.A. 3. BAILLEY, J. E. Y OLLINNS D. F. (1986). Biochemical Engineering Fundamentals. Cambridge University Press. U.S.A. 4. CHANG, RAYMOND. (1991). Química. Mc Graw Hill Book. México. 5. CHARLOTTE, J. AVERS. (1991). Biología celular. Iberoamericana. México 6. FERSHT, A. (1980). Estructura y mecanismos de reacción de las enzimas. Reverte S. A. Barcelona 7. FERNÁNDEZ ESCARTÍN, EDUARDO. (1981). Microbiología Sanitaria Agua y Alimentos. Universidad de Guadalajara. México. 8. LEHNINGER, A. J. (1990). Bioquímica. Omega S.A. Barcelona. España. 9. LIM, DANIEL. (1998). Microbiology. Mc Graw Hill. Boston Massachusetts, USA- 10. MADIGAN MICHAEL T.(2001).Biología de los microorganismos. Premtece Hall. Madrid 11. PELCZAR, M. J. Y REID D.R. Microbiology. Mc Graw Hill Book. New York. 12. POSTLETHSAIT, JOHN H. Y HOPSON JANETH. (1995). The nature of life. Mc Graw Hill Inc. New York. 13. ZALOUM, RONALD DR. (2001).Tratamiento Biológico de Aguas Residuales. Department of Civil Energy. Mc Gill University. Evironment Canadá Montreal Canadá (Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales) (Instituto Nacional de Ecología) (Procuraduría Federal de Protección al Ambiente) (Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas) (Comisión Nacional del Agua)

11 11. PRÁCTICAS Práctica 1: Esterilización y preparación de medios de cultivo Práctica 2: Técnicas de siembra y obtención de un cultivo puro Práctica 3: El microscopio: instrumento importante en microbiología Práctica 4: Tinciones microbianas: tinción diferencial y tinción simple Práctica 5: Análisis microbiológico de suelos Práctica 6: Técnicas para recuento microbiano y determinación de biomasa Práctica 7: Enzimas microbianas Práctica 8: Determinación de carbono orgánico asimilable Práctica 9: Análisis bacteriológico de agua para consumo humano Práctica 10: Análisis microbiológico de agua residual Práctica 11: Cinética de lodos activados Práctica 12: Análisis microbiológico del aire Práctica 13: Agentes bactericidas y bacteriostáticos