[en] The stoichiometry of biological decomposition reactions of many organic compounds depends on the environmental conditions and the relative concentrations of reactants and products, making that, often the calculation models based on constant stoichiometric coefficients are not able to describe experimental values. This is the case of proteins in anaerobic medium, for which an effective and realistic method for expressing the dynamics of aminoacids reactions has not been found yet. A methodology that has begun to be explored is to raise the reactions using variable stoichiometric coefficients, depending on thermodynamic relations expressing the energy available for the microorganisms growth. Since the reactions of aminoacids in anaerobic environment gives volatile fatty acids (VFA) and H2, a preliminary step to raise variable stoichiometry reactions of aminoacids is to clearly define the subsequent reactions related to its products using the same methodology, that is, to estimate a variable stoichiometry depending of thermodynamic variables. The aim of this work has been to study the biological decomposition reaction in anaerobic environment of valeric acid, one of the VFA produced. This acid produces propionate, acetate and hydrogen, propionate produces acetate and hydrogen, and the methane is produced finally from the last two compounds. The system is composed by four microorganism populations, catalysing four different interrelated biological reactions. The method applied has been to estimate the change of the Gibbs free energy of every reaction depending on the concentrations of reactants and products, and to determine the energy available for the microorganisms growth, which is variable along time during the system dynamics evolution. Variable maximum growth constant for every microorganism has been estimated based on the derived variable stoichiometry, obtaining a kinetic model with thermodynamic control. Published data related to batch experiments designed to study the kinetics of valerate decomposition were used to contrast results of the numerical simulations performed. Numerical simulations obtained, considering different hypothesis, present a good approximation to experimental data, with determination coefficients higher than 0.9 in many cases. Although these good results, more work must be done in order to consider the gas-liquid mass transfer, the effect of the pH variation or the estimation of some parameters accurately, such as the electron transfer efficiency for every reaction or microorganism, . This work could be considered a first stage for further developments with promising applications to biological systems modelling.

[es] La estequiometría de las reacciones de descomposición biológica de muchos compuestos orgánicos depende de las condiciones ambientales y las concentraciones relativas de reactivos y productos, haciendo que, a menudo los modelos de cálculo basados en coeficientes estequiométricos constantes no sean capaces de describir los valores experimentales. Este es el caso de las proteínas en medio anaerobio, para las cuales todavía no se ha encontrado una metodología eficaz y realista para la expresión de la dinámica de las reacciones de los aminoácidos. Una metodología que ha empezado a ser explorada es la de plantear las reacciones utilizando coeficientes estequiométricos variables, en función de las relaciones termodinámicas que expresan la energía disponible para el crecimiento de los microorganismos. Dado que las reacciones de los aminoácidos en el medio anaeróbico dan ácidos grasos volátiles (AGV) y H2, un paso previo para plantear las reacciones de estequiometría variable de los aminoácidos es definir claramente las reacciones subsiguientes relacionadas con sus productos utilizando la misma metodología, es decir, una estequiometría variable en función de las variables termodinámicas. El objetivo de este trabajo ha sido el estudio de la reacción de descomposición biológica en medio anaeróbico del ácido valérico, uno de los AGV producidos. Este ácido produce ácido propiónico, ácido acético e hidrógeno, el ácido propiónico produce hidrógeno y ácido acético, y finalmente se produce metano a partir de estos dos últimos compuestos. El sistema se compone de cuatro poblaciones de microorganismos que catalizan las cuatro reacciones biológicas. El método aplicado ha sido estimar el cambio de la energía libre de Gibbs de cada reacción en función de las concentraciones de reactivos y productos, para poder determinar la energía disponible para el crecimiento de microorganismos, que será variable a lo largo del tiempo durante la evolución dinámica del sistema. La tasa máxima de crecimiento variable para cada microorganismo se ha estimado en base a la estequiometria variable, obteniendo un modelo cinético con control termodinámico. Se han utilizado los datos publicados relacionados con los experimentos 'batch' para el estudio de la cinética de descomposición ácido valérico, para contrastar los resultados de las simulaciones numéricas realizadas. Teniendo en cuenta diferentes hipótesis, las simulaciones numéricas obtenidas, presentan una buena aproximación a los datos experimentales, con coeficientes de determinación superiores a 0,9 en muchos casos. Aunque estos resultados son buenos, se requiere más trabajo con el fin de considerar por ejemplo la transferencia gas-líquido, el efecto de la variación del pH o la estimación de algunos parámetros con más precisión, tales como la eficiencia en la transferencia de electrones para cada reacción o microorganismo. Este trabajo podría ser considerado como una primera etapa en el futuro desarrollo de aplicaciones para la modelización de sistemas biológicos.