淺談各學科領域中生物化學的發(fā)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(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要的作用。隨著信息科學技術的創(chuàng)新發(fā)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(fā)展成果。首先介紹了生物化學的發(fā)展現(xiàn)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(yǎng)高水平生物化工學科人才，提高產(chǎn)品質(zhì)量，推動我國生物化工工程的建設與發(fā)展，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭力。

關鍵詞：學科領域;生物化學;發(fā)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(jié)構(gòu)和功能、生命活動中各種化學變化過程以及與環(huán)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(fā)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(fā)展起到重要作用。

1? ? 生物化學的發(fā)展現(xiàn)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(zhì)參與生產(chǎn)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(chǎn)生之前，我國祖先就已經(jīng)在生產(chǎn)、飲食以及醫(yī)療等方面積累了豐富的經(jīng)驗，奠定了我國現(xiàn)代生物化學發(fā)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(fā)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(nèi)經(jīng)·素問》中有關于糖的營養(yǎng)價值的記載，并記載了完全膳食必備的條件，區(qū)分了谷、畜、果、蔬4類食物的營養(yǎng)性質(zhì)。人們現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了三羧酸循環(huán)的代謝渠道。之后，生物化學進入一個全新的發(fā)展階段—現(xiàn)代生物化學，該階段主要是對生物大分子結(jié)構(gòu)、分子之間聯(lián)系的研發(fā)探究[1]。

隨著生物化學技術的快速發(fā)展，科學家們應用微量分析技術發(fā)現(xiàn)了更多的生物分子，運用顯微鏡觀察生物分子的結(jié)構(gòu)，運用層析、電泳技術實現(xiàn)生物化學中的物質(zhì)分離，在各項生命活動的研究領域，同位素示蹤技術發(fā)揮著不可替代的重要作用。此外，基因工程的創(chuàng)新突破使得生物化學研發(fā)進入基因工程發(fā)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(fā)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(fā)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(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標相一致。再次，不會對自然環(huán)境造成污染或者污染較少，屬于清潔型工業(yè)。最后，有助于生產(chǎn)出傳統(tǒng)方法不能生產(chǎn)的性能優(yōu)越的產(chǎn)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(yè)的發(fā)展趨勢。

1.3? 生物化學的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，受到國外快速發(fā)展的生物技術影響，我國生物化學工程取得顯著成果。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當前我國生物化學技術被廣泛應用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品等諸多領域之中。

在醫(yī)藥領域，生物化學的應用推動了抗生素的生產(chǎn)與發(fā)展，使抗生素在臨床醫(yī)學中得到普遍應用。相關數(shù)據(jù)顯示，在世界范圍內(nèi)生產(chǎn)抗生素的國家中，我國排在第一位，并且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)增長趨勢。生物化學在農(nóng)藥領域的應用也越來越多。例如，赤霉素、井崗霉素滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，推動藥物生產(chǎn)技術的發(fā)展。在食品領域，氨基酸和檸檬酸的生產(chǎn)量越來越大，并呈現(xiàn)成倍增長趨勢，不僅能滿足國內(nèi)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(fā)展現(xiàn)狀的介紹，本課題主要從醫(yī)學、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及食品安全等方面具體介紹生物化學的應用。

2.1? 在醫(yī)學領域的應用

2.1.1? 生物化學為推動醫(yī)學各學科的發(fā)展作出了重要貢獻

涉及正常人體的生物化學以及在發(fā)生疾病過程中的生物化學應用相關問題，與醫(yī)學有著緊密的聯(lián)系。基礎醫(yī)學各學科主要闡述人體正常、異常的結(jié)構(gòu)與功能等，臨床醫(yī)學各學科則研究疾病發(fā)生、發(fā)展機制及診斷、治療等。生物化學為醫(yī)學各學科從分子水平上研究正常或者疾病狀態(tài)時人體結(jié)構(gòu)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(yī)學各學科的新發(fā)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(jīng)系統(tǒng)疾病等重大疾病進行了分子水平的研究，在疾病的發(fā)生、發(fā)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(fā)病機制研究、基因芯片與蛋白質(zhì)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(chǎn)蛋白質(zhì)、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(yī)藥的開放空間

在傳統(tǒng)中醫(yī)藥領域，影響中醫(yī)藥適用范圍的重要因素就是中醫(yī)藥的治病機理。將生物化學應用在中醫(yī)藥領域，通過參考查閱免疫調(diào)節(jié)、延緩衰老、癌癥預防及疏通機理等文獻資料，促進實現(xiàn)傳統(tǒng)中醫(yī)學藥理與生物化學技術的有機結(jié)合，擴大中醫(yī)藥的開放空間。將現(xiàn)代先進的生物化學技術融入傳統(tǒng)中醫(yī)藥中，不斷探索中醫(yī)藥理與基因兩者之間的關系，有助于推進我國醫(yī)學事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。基于中醫(yī)藥機理，運用生物化學中生物的內(nèi)源性與外源性兩項調(diào)控機制，加快轉(zhuǎn)變細胞內(nèi)的代謝速度，以達到中醫(yī)治病的目標。在傳統(tǒng)中醫(yī)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(zhì)量。生物化學的應用，降低工作難度，嚴格把控效果，實現(xiàn)傳統(tǒng)中醫(yī)藥與現(xiàn)代生物化學技術的相融合，最終確保了生物化學在醫(yī)學領域發(fā)揮重要作用。

2.1.3? 有助于進行醫(yī)藥選材

在醫(yī)藥的生產(chǎn)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(yī)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(yī)學領域的廣泛利用，在選取藥材工作方面發(fā)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(qū)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(zhì)，根據(jù)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(yī)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(huán)境保護中的應用

隨著生物化學技術的創(chuàng)新發(fā)展，生物化學被廣泛應用在環(huán)境保護中。以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境保護的影響為例，本課題主要介紹農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程對化學產(chǎn)品的不合理應用給環(huán)境帶來的壓力。

為了提高產(chǎn)量，對抗病蟲害，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用化肥、農(nóng)藥等化學產(chǎn)品越來越多，雖然在一定程度上增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量，但是這些化學產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境造成了污染，甚至一些化學農(nóng)藥殘余通過農(nóng)作物進入食物鏈，嚴重危害人類身體健康[5]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用生物化學，一方面有助于降解殘留在農(nóng)作物上面的有害化學物質(zhì)。例如，在使用化學殺蟲劑過程中，農(nóng)作物的細胞大約會殘留80%的氯代烴類藥物，這些物質(zhì)因為無法被植物細胞分解，會一直存在于生態(tài)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(zhì)，通過礦化作用將植物體內(nèi)的農(nóng)藥殘留物質(zhì)分解為二氧化碳和水。微生物化學中微生物對農(nóng)業(yè)殘留物質(zhì)的降解作用，促進將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的農(nóng)藥轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢源x的中間產(chǎn)物，這個過程不會出現(xiàn)任何副作用。

2.3? 在農(nóng)業(yè)中的應用

我國作為農(nóng)業(yè)大國，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展也逐漸取得一些成果，成為國民社會經(jīng)濟的主要來源。隨著生物化學技術的不斷創(chuàng)新，生物化學技術被廣泛應用在作物栽培、農(nóng)作物品鑒和作物優(yōu)良育種、土壤農(nóng)業(yè)化學處理等諸多方面，生物化學技術推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(huán)境下在體內(nèi)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(shù)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(zhì)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(jié)合，開發(fā)全面的食品安全檢測控制系統(tǒng)，保證食品的品質(zhì)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(zhì)的監(jiān)控可通過現(xiàn)代食品安全監(jiān)測的核心技術，去發(fā)現(xiàn)和解決食品安全存在的問題。

3? ? 生物化學發(fā)展在實際應用中存在的問題

關于生物化學的發(fā)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(fā)展提出巨大的挑戰(zhàn)。關于生物化學發(fā)展在實際應用中存在3個問題：

首先，生物化學工程產(chǎn)品設計不合理。當前我國生物化學結(jié)構(gòu)設計不合理，企業(yè)產(chǎn)品單一、檔次低，無法滿足國內(nèi)市場的需求。我國缺少生產(chǎn)高檔次醫(yī)藥產(chǎn)品的技術，國家還需耗費資金，從國外進口和引進高檔次醫(yī)藥產(chǎn)品。

其次，產(chǎn)業(yè)范圍局限性。當前在我國生物化工產(chǎn)業(yè)中，應用到生物化學技術的行業(yè)主要聚焦于輕工業(yè)、醫(yī)藥和食品行業(yè)，其他企業(yè)對生物化工產(chǎn)品并不了解，尤其是對精細化產(chǎn)品。這些因素阻礙生物化學規(guī)模的壯大，加之我國政府缺少相應的研究體系與規(guī)范體系，在日常生產(chǎn)過程中，不僅消耗資源，還嚴重污染環(huán)境。雖然相關企業(yè)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(fā)達國家相比，產(chǎn)品生產(chǎn)技術依舊有著很大的差距。當前，很多企業(yè)不斷創(chuàng)新生產(chǎn)技術，以提高生產(chǎn)效率和獲得更多的市場占有率[7]。

最后，生產(chǎn)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(yè)的成本投入。雖然我國部分技術水平高，但是很多產(chǎn)品的生產(chǎn)技術與國外發(fā)達國家相比依然存在很大的差距。

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

4? ? 解決生物化學發(fā)展的有效措施

4.1? 科學調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

針對生物化學中的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，進行科學、合理的調(diào)整，促使生物化學發(fā)展朝著多元化的方向發(fā)展，生產(chǎn)高精細產(chǎn)品，生產(chǎn)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法所不能生產(chǎn)的產(chǎn)品，推動提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭力。

4.2? 擴大生物化學工程規(guī)模

當前，在我國生物化學發(fā)展過程中，產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模難以滿足市場發(fā)展的實際需求，企業(yè)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(gòu)建培養(yǎng)科技型創(chuàng)業(yè)人才，鼓勵生物化學知識企業(yè)積極參與到相關技術的研究中，將研發(fā)、生產(chǎn)及銷售等進行集中管理，降低企業(yè)投入成本。鼓勵非專業(yè)學生積極參與到學習中，淘汰生產(chǎn)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(yè)實際出發(fā)，關于生物化學應用的投入少，企業(yè)發(fā)展的基礎就是培養(yǎng)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(yè)素養(yǎng)，才能提高企業(yè)競爭力。

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

5? ? 結(jié)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(fā)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(fā)展現(xiàn)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(yōu)秀的生產(chǎn)設備，提高企業(yè)競爭力和市場競爭力，推動我國生物化學技術的快速發(fā)展，為更多的領域提供支持。

[參考文獻]

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