淺談各學科領域中生物化學的發展與應用

桓聰聰

摘? ?要：生物化學作為化學工程的一門前沿學科，在社會生產和生活中發揮著重要的作用。隨著信息科學技術的創新發展，生物化學被廣泛應用在各個領域中，并且已取得重大的發展成果。首先介紹了生物化學的發展現狀，分析應用的領域范圍，指出在實際應用中存在的問題，并提出相應的對策，培養高水平生物化工學科人才，提高產品質量，推動我國生物化工工程的建設與發展，提升企業的經濟效益和市場競爭力。

關鍵詞：學科領域;生物化學;發展與應用

生物化學是利用化學、物理學和生物學原理和方法，研究生物體的化學組成、結構和功能、生命活動中各種化學變化過程以及與環境之間相互關系的基礎生命學科。近年來，隨著生物化學的不斷發展，我國各個領域不斷引進和應用生物化學技術，這對推動我國科研發展起到重要作用。

1? ? 生物化學的發展現狀

1.1? 生物化學的概念

所謂生物化學工程是指運用化學工程中的相關原理和工作方法，研究生物工程中生物體、生物活性物質參與生產過程中的理論知識，以解決其存在的技術問題。早在西方生物化學產生之前，我國祖先就已經在生產、飲食以及醫療等方面積累了豐富的經驗，奠定了我國現代生物化學發展基礎。例如公元前22世紀，我國人民就能釀酒，這是我國古代用“曲”作“媒”（即酶）催化谷物淀粉發酵的實踐。《周禮》中有制醬、制飴的記載，《傷寒論》中用豆豉作為健胃劑，《黃帝內經·素問》中有關于糖的營養價值的記載，并記載了完全膳食必備的條件，區分了谷、畜、果、蔬4類食物的營養性質。人們現在也已知道，古人用于治療、預防“腳氣病”和“夜盲癥”的藥物或食物富含維生素B1或維生素A。本草綱目中不僅記錄了上千種藥物，并且對人體的代謝物即分泌物進行了比較詳細的記載。而關于生物化學這一學科的研究始于19世紀末期，這一學科最初是用于研究植物的光合作用和酵母菌。20世紀初期，通過應用生物化學技術發現激素和維生素，直至20世紀30～50年代，科研人員積極探索和研究各項反應途徑，并從中發現了三羧酸循環的代謝渠道。之后，生物化學進入一個全新的發展階段—現代生物化學，該階段主要是對生物大分子結構、分子之間聯系的研發探究[1]。

隨著生物化學技術的快速發展，科學家們應用微量分析技術發現了更多的生物分子，運用顯微鏡觀察生物分子的結構，運用層析、電泳技術實現生物化學中的物質分離，在各項生命活動的研究領域，同位素示蹤技術發揮著不可替代的重要作用。此外，基因工程的創新突破使得生物化學研發進入基因工程發展的重要時期。

今天，生物化學融入分子生物學、生理學、細胞生物學、遺傳學和免疫學等學科的理論和技術，加之近年來生物信息學的介入，使生物化學成為一門極具發展前景的學科。

1.2? 生物化學的特點

生物化學的特點包括4個方面：首先，反應條件溫和，一般在常溫、常壓下就可以發生反應，反應效率較高。其次，主要采用可再生資源，與我國實施的可持續發展戰略目標相一致。再次，不會對自然環境造成污染或者污染較少，屬于清潔型工業。最后，有助于生產出傳統方法不能生產的性能優越的產品[2]。

基于上述4個方面的特點，生物化學在化工領域的地位越來越高，直接影響和決定著未來我國化工行業的發展趨勢。

1.3? 生物化學的發展現狀

近年來，受到國外快速發展的生物技術影響，我國生物化學工程取得顯著成果。調查發現，當前我國生物化學技術被廣泛應用于醫藥、農藥、食品等諸多領域之中。

在醫藥領域，生物化學的應用推動了抗生素的生產與發展，使抗生素在臨床醫學中得到普遍應用。相關數據顯示，在世界范圍內生產抗生素的國家中，我國排在第一位，并且數據呈現增長趨勢。生物化學在農藥領域的應用也越來越多。例如，赤霉素、井崗霉素滿足農業生產的需求，推動藥物生產技術的發展。在食品領域，氨基酸和檸檬酸的生產量越來越大，并呈現成倍增長趨勢，不僅能滿足國內市場的基本需求，而且還能夠遠銷國外[3]。

2? ? 生物化學的應用領域

基于上述生物化學發展現狀的介紹，本課題主要從醫學、環境保護、農業生產及食品安全等方面具體介紹生物化學的應用。

2.1? 在醫學領域的應用

2.1.1? 生物化學為推動醫學各學科的發展作出了重要貢獻

涉及正常人體的生物化學以及在發生疾病過程中的生物化學應用相關問題，與醫學有著緊密的聯系。基礎醫學各學科主要闡述人體正常、異常的結構與功能等，臨床醫學各學科則研究疾病發生、發展機制及診斷、治療等。生物化學為醫學各學科從分子水平上研究正常或者疾病狀態時人體結構與功能乃至疾病預防、診斷與治療，提供了理論與技術，對推動醫學各學科的新發展作出了重要的貢獻。例如近年來，對人們關心的心腦血管疾病、惡性腫瘤、代謝性疾病、免疫性疾病、神經系統疾病等重大疾病進行了分子水平的研究，在疾病的發生、發展、診斷和治療方面取得了長足進步。疾病相關基因克隆、重大疾病發病機制研究、基因芯片與蛋白質芯片在診斷中的應用、基因治療以及應用重組脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）技術生產蛋白質、多肽類藥物等方面的深入研究，無不與生物化學的理論與技術有關[4]。

2.1.2? 有助于擴大中醫藥的開放空間

在傳統中醫藥領域，影響中醫藥適用范圍的重要因素就是中醫藥的治病機理。將生物化學應用在中醫藥領域，通過參考查閱免疫調節、延緩衰老、癌癥預防及疏通機理等文獻資料，促進實現傳統中醫學藥理與生物化學技術的有機結合，擴大中醫藥的開放空間。將現代先進的生物化學技術融入傳統中醫藥中，不斷探索中醫藥理與基因兩者之間的關系，有助于推進我國醫學事業的創新發展。基于中醫藥機理，運用生物化學中生物的內源性與外源性兩項調控機制，加快轉變細胞內的代謝速度，以達到中醫治病的目標。在傳統中醫藥領域中，各類藥物的配比和提取難度大，無法保證工作效率與工作質量。生物化學的應用，降低工作難度，嚴格把控效果，實現傳統中醫藥與現代生物化學技術的相融合，最終確保了生物化學在醫學領域發揮重要作用。

2.1.3? 有助于進行醫藥選材

在醫藥的生產過程中，由于藥材種類繁多，每一種藥材起到的作用也不同，在醫藥中很多藥材外形相似，通過單一的肉眼很難識別和分清藥材種類。

隨著生物化學在醫學領域的廣泛利用，在選取藥材工作方面發揮了顯著的作用。運用生物化學技術選擇藥材，技術原理主要是生物化學通過DNA等區分不同的藥材，運用限制酶切割技術，分割藥材中的遺傳物質，根據藥品的有效成分，選取和搭配藥材，提升藥物配置的精準度，減少操作過程中的人為失誤。當前，在生物化學中醫藥領域選取藥材中，聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）擴增技術適用范圍最為廣泛，為中藥材的選取和分類提供便利，也為準確檢測珍貴藥材的成分作出了巨大貢獻。

2.2? 在環境保護中的應用

隨著生物化學技術的創新發展，生物化學被廣泛應用在環境保護中。以農業生產對環境保護的影響為例，本課題主要介紹農業生產過程對化學產品的不合理應用給環境帶來的壓力。

為了提高產量，對抗病蟲害，在農業生產中使用化肥、農藥等化學產品越來越多，雖然在一定程度上增加了農作物的產量，但是這些化學產品對生態環境造成了污染，甚至一些化學農藥殘余通過農作物進入食物鏈，嚴重危害人類身體健康[5]。

在農業生產中應用生物化學，一方面有助于降解殘留在農作物上面的有害化學物質。例如，在使用化學殺蟲劑過程中，農作物的細胞大約會殘留80%的氯代烴類藥物，這些物質因為無法被植物細胞分解，會一直存在于生態鏈中。運用生物化學中的微生物技術，有助于分解這類有害物質，通過礦化作用將植物體內的農藥殘留物質分解為二氧化碳和水。微生物化學中微生物對農業殘留物質的降解作用，促進將農業生產過程中的農藥轉變為可以代謝的中間產物，這個過程不會出現任何副作用。

2.3? 在農業中的應用

我國作為農業大國，隨著社會經濟的快速發展，農業經濟的發展也逐漸取得一些成果，成為國民社會經濟的主要來源。隨著生物化學技術的不斷創新，生物化學技術被廣泛應用在作物栽培、農作物品鑒和作物優良育種、土壤農業化學處理等諸多方面，生物化學技術推動農業現代化、產業化發展[6]。

例如，運用生物化學的外源BT基因與棉花植株合成肉毒素，有效預防棉花植株的病蟲害，一些鱗翅目昆蟲在幼蟲時期如若吞食棉花植株，肉毒素就會在昆蟲腸道消化酶和堿性環境下在體內水解成毒性肽，保護棉花植株不受病蟲的影響。人體與大多數動物的腸道一樣，呈酸性，所以肉毒菌即便不小心服用也不會對健康造成太大傷害。

2.4? 在食品檢測領域中的應用

食品作為人們賴以生存的物質條件，其安全至關重要。特別是近幾年來，食品安全備受各界關注，一度成為熱點話題。為改善食品安全問題，在食品檢測領域引入生物化學技術，與食品安全檢測技術相結合，開發全面的食品安全檢測控制系統，保證食品的品質與安全。在食品檢測領域應用生物化學技術，主要包括光譜分析技術、層析技術及膜分離技術等。在食品安全檢測中，光譜技術可以利用生物大分子對特定波長的光合作用及生物分子特定基因與化學試劑的反應，形成綠色。

總之，對于有害物質的監控可通過現代食品安全監測的核心技術，去發現和解決食品安全存在的問題。

3? ? 生物化學發展在實際應用中存在的問題

關于生物化學的發展與應用受諸多因素影響，不僅給生物化學工程建設帶來問題，而且還向生物化學工程發展提出巨大的挑戰。關于生物化學發展在實際應用中存在3個問題：

首先，生物化學工程產品設計不合理。當前我國生物化學結構設計不合理，企業產品單一、檔次低，無法滿足國內市場的需求。我國缺少生產高檔次醫藥產品的技術，國家還需耗費資金，從國外進口和引進高檔次醫藥產品。

其次，產業范圍局限性。當前在我國生物化工產業中，應用到生物化學技術的行業主要聚焦于輕工業、醫藥和食品行業，其他企業對生物化工產品并不了解，尤其是對精細化產品。這些因素阻礙生物化學規模的壯大，加之我國政府缺少相應的研究體系與規范體系，在日常生產過程中，不僅消耗資源，還嚴重污染環境。雖然相關企業積極響應國家政策，生物化學技術水平不斷提高，但是與國外發達國家相比，產品生產技術依舊有著很大的差距。當前，很多企業不斷創新生產技術，以提高生產效率和獲得更多的市場占有率[7]。

最后，生產技術與工藝不完善，設備與工藝不完備，導致上下游技術不相適應，增加企業的成本投入。雖然我國部分技術水平高，但是很多產品的生產技術與國外發達國家相比依然存在很大的差距。

當前，我國生物化學生產技術為提高生產效率，從國外采購生物反應器、監控設備及生物傳感器等先進設備，以提高生產效率，降低生產難度。

4? ? 解決生物化學發展的有效措施

4.1? 科學調整產業結構

針對生物化學中的產業結構，進行科學、合理的調整，促使生物化學發展朝著多元化的方向發展，生產高精細產品，生產傳統生產方法所不能生產的產品，推動提高企業的經濟效益和市場競爭力。

4.2? 擴大生物化學工程規模

當前，在我國生物化學發展過程中，產品生產規模難以滿足市場發展的實際需求，企業應擴大生物化學工程，獲取更高的市場占有率。政府部門積極給予政策支持，構建培養科技型創業人才，鼓勵生物化學知識企業積極參與到相關技術的研究中，將研發、生產及銷售等進行集中管理，降低企業投入成本。鼓勵非專業學生積極參與到學習中，淘汰生產力薄弱和競爭力薄弱成分。

4.3? 加大對生物化學工程的投入

基于企業實際出發，關于生物化學應用的投入少，企業發展的基礎就是培養一批具有生物化學基礎的人才。只有全面提升工作人員的技術水平和專業素養，才能提高企業競爭力。

不過，企業從業人員沒有經過專業技能培訓就上崗參加工作，受傳統化工生產思想的影響，員工不具備完善的專業知識，不懂生產設備的操作，導致工作受阻。未來要高度重視培養生物化學技術專業人才。

5? ? 結語

生物化學與人們的關系日益密切，涉及范圍也越來越廣泛。生物技術的快速發展推動了我國生物化學的進程。本課題分析了生物化學的發展現狀，對應用的領域范圍進行了介紹，就當前應用中存在的問題提出相應的對策，以學習國外先進技術，引進優秀的生產設備，提高企業競爭力和市場競爭力，推動我國生物化學技術的快速發展，為更多的領域提供支持。

[參考文獻]

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[4]高? 翔.試論生物化學領域的發展前景[J].科學與信息化，2019（1）：171.

[5]常浩楷.淺談生物化學的發展與應用[J].化工管理，2017（12）：92-95.

[6]程? 靜.淺析生物化學在各個領域的應用[J].化工管理，2018（1）：9.

[7]梁澳璽.生物化學在醫學的應用分析[J].科技資訊，2017（34）：233.