淺談生物化學的發展與運用

常浩楷（河北省邢臺市第一中學高三（1）班，河北 邢臺 054000）指導老師：高彤宇

生物化學是由生物與化學相交織形成的一門交叉學科，它主要研究生命的物質組成及結構、生命過程中所進行的各項化學反應、以及由生命活動產生的生物大分子的結構與各項性質。隨著人們對有關生物化學技術的研究的逐漸加深，它在制藥、環境治理、農業等方面的重要影響越來越受到人們的重視。

1 生物化學的發展進程

這一學科最早起源于19世紀末期。從最初的對于植物呼吸與光合作用，對于酵母菌的研究，再到后來的20世紀初期對于激素，維生素的發現。20世紀30至50年代科研人員們又對各項反應途徑進行了探索，發現了如三羧酸循環的基本代謝途徑；20世紀50年代后生物化學技術進入了現代生物化學的發展階段，此階段主要研究的是各種生物大分子的結構及其相互之間的聯系。而這些理論的發展，離不開生物化學的進步。

20世紀，生物化學技術飛速發展。20年代的微量分析技術的發明使得科學家們發現了更多的生物分子；30年代電子顯微鏡的發明，又使得人們觀察到生物分子的結構；40年代發現的層析、電泳技術成為了生物化學中物質分離中的關鍵技術；而后來的同位素示蹤技術又在各項生命活動的進行過程的研究領域起到了關鍵作用；70年代科研人員們迎來了基因工程的重要突破；并在80到90年代進入了基因工程發展最為輝煌的時期。而如今生物化學技術已在眾多的領域得到廣泛的應用，并且成為了相當具有前景的一門學科。

2 生物化學的應用

2.1 環境治理

我們生活在一個規模極為龐大、關系極復雜又極易受到環境變化的干擾的動態生態系統中。隨著社會及經濟技術的極速推進，人們生活與工作的周邊環境也在不斷發生變化。生態環境中變化因素的不斷增加給環境的保護工作帶來了一定的難度，包括水污染、空氣污染、噪聲污染、城市周邊土地沙化等諸多資源環境問題不斷發生。

生物化學技術作為與生態環境緊密的一門學科及技術，對于環境的改善也發揮著巨大的積極作用。生物化學對環境的改造主要體現為：清除化學污染（具體為減少農藥污染）、修復被生物或者化學藥劑污染的土壤、凈化污水以及減少白色污染。

2.1.1 減少農藥污染

勞動人民多年前就已經熟練掌握利用化學試劑（農藥）對莊稼以及植物進行除蟲的技術。然而一部分農藥會殘留在土壤中，長時間無法降解，對土地環境造成危害。科研人員們利用生物化學技術，用微生物來降解土壤中的殘留農藥；并且廣泛推廣生物農藥，保護土壤環境。

2.1.2 修復土壤

導致土壤污染的途徑有很多，其中最主要的為重金屬污染。而對被重金屬污染的土壤的修復也成為現今研究的熱門話題。人們通過生物化學中的酶促反應技術，將土壤中的重金屬的化學形態進行改善，在降解一部分毒性的同時將重金屬進行固定，減少其在土壤中的移動性，最終再利用生物吸收技術減少其含量。由此改善并且修復被生物或者化學藥劑污染的土壤，防止水土流失。

2.1.3 凈化污水

污水處理問題一直是環境保護領域的一個重大課題，如何對污水進行有效處理并實現循環利用，減少水資源的消耗一直是科研人員們研究的重點以及難點。利用生物化學技術中的微生物可以降解污水中的毒性，且微生物多是利用自身的活性來凈化污水，不會造成水資源的二次污染。由此，通常利用固化酶技術對污水進行處理，以保證水質的健康、無害。

2.1.4 減少白色污染

現代人們購物常會使用塑料的購物袋，且大多數商品的包裝均為塑料制品。農用的地膜或者廢棄的塑料很難自行降解，由此，白色污染成了現代環境污染的重要問題之一。殘留于土壤中的塑料會降低土壤環境的營養成分，導致土地荒蕪，給人們的生活帶來巨大的麻煩。科學家們利用生物技術，用微生物合成效果極好的降解菌，有效減少白色污染。

2.2 酶工程

工業化酶制劑的品質改良及新品種的開發是現代生物技術介入最多的一個領域，并已取得令人矚目的成果。生物大分子之中，較為重要的就是酶。酶是由活細胞產生的一類蛋白質，其具有較高的催化性能。由于酶的催化具有高度的專一性，科研人員們利用這一性能可以定向合成所需的物質，并通過相關的生物化學技術開發特殊的酶來只催化特定的多糖進行水解，也可開發特殊的蛋白水解酶，這一點無疑在藥物的全合成中具有重要作用。同時酶的催化也具有高效性，可大幅提高生產效率。

酶工程技術是一種利用細胞器或者細胞以及酶所具有的催化功能來生產出人類所需產品的一門新興技術，主要包括了酶的研制與生產、酶分子的修飾改造、細胞器或者細胞以及酶的固定化技術和生物傳感器。而酶工程技術現已廣泛應用于食品、輕化工業、能源開發、環境處理等領域。

2.2.1 食品保鮮方面

現今的食品保鮮技術一直是食品行業的重頭戲，而大多數食品制造商都會利用生物酶來對食品進行保鮮工作。基于酶工程的生物酶為食品提供了一個利于保質的環境。食品制造商根據不同食品中所含的酶的種類為其挑選不同的生物酶，使食物中所含的不利于食品保質的酶得到抑制，降低其反應速度，已達到保鮮的目的。

2.2.2 食品檢測以及分析

酶具有一定的特異性，所以酶可以用于對動物以及植物材料的化合物的定量以及定性分析。例如，用檸檬酸裂解酶測定檸檬酸的含量；采用乙醇脫氫酶測定食品中的乙醇含量等。除此之外，在食品中加入一種或幾種酶，根據它們作用于食品中某些組分的結果，可以評價食品的質量，這是一種十分簡便的方法。

2.3 蛋白質工程

蛋白質工程在許多方面具有重要意義。通過基因工程技術，對目的基因進行有目的的改造，使其目的性地產生人們所需的蛋白質。它可以應用于提高蛋白質的穩定性，以提高酶的保存時長；也可用于蛋白質之間的融合；亦或是蛋白質活性的改變。蛋白質工程在工業、農業以及醫藥方面都具有重要用途。目前科學家已經通過對胰島素的改造使其成為速效藥劑，并且具有較為寬廣的應用前景。

3 結語

從生物化學發展興起至今，國際以及國內有關生物化學的生命科學基礎研究始終處于高速發展狀態。20世紀70年代，我國成功合成人工酵母丙氨酸轉移核糖核酸(tRNAAla)；20世紀70年代，國際上圍繞DNA的相關研究技術迅猛發展，科研人員們在乙肝病毒基因的研究中取得重大突破；20世紀80年代，科學家們又成功實現了分子育種；一段時間里基因工程生產干擾素、胰島素、白介素、生長激素、表皮生長因子等都取得了成功。由此可見生物化學一直受到社會廣泛地重視，并繼續蓬勃發展。

[1]李煒煒與陸啟玉,酶工程在食品領域的應用研究進展.糧油食品科技,2008.16(3)：第34-36頁.

[2]黨翠茹,生物化學工程對當前生態環境的改造.科技傳播,2013(9)：第154-154頁.

[3]生物化學工程發展問題及解決建議.

[4]陳紅征,李菊梅與楊潔,生物化學工程研究進展及其發展趨勢.新疆工學院學報,1999(01)：第71-74頁.

[5]林其誰,中國生物化學基礎研究40年回顧.生物化學與生物物理進展,2014(10)：第930-935頁.