淺談各學(xué)科領(lǐng)域中生物化學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用

桓聰聰

摘? ?要：生物化學(xué)作為化學(xué)工程的一門前沿學(xué)科，在社會(huì)生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要的作用。隨著信息科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，生物化學(xué)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，并且已取得重大的發(fā)展成果。首先介紹了生物化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析應(yīng)用的領(lǐng)域范圍，指出在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，并提出相應(yīng)的對(duì)策，培養(yǎng)高水平生物化工學(xué)科人才，提高產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)生物化工工程的建設(shè)與發(fā)展，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：學(xué)科領(lǐng)域;生物化學(xué);發(fā)展與應(yīng)用

生物化學(xué)是利用化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)原理和方法，研究生物體的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和功能、生命活動(dòng)中各種化學(xué)變化過程以及與環(huán)境之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)生命學(xué)科。近年來，隨著生物化學(xué)的不斷發(fā)展，我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域不斷引進(jìn)和應(yīng)用生物化學(xué)技術(shù)，這對(duì)推動(dòng)我國(guó)科研發(fā)展起到重要作用。

1? ? 生物化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1? 生物化學(xué)的概念

所謂生物化學(xué)工程是指運(yùn)用化學(xué)工程中的相關(guān)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(shí)，以解決其存在的技術(shù)問題。早在西方生物化學(xué)產(chǎn)生之前，我國(guó)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(yàn)，奠定了我國(guó)現(xiàn)代生物化學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)。例如公元前22世紀(jì)，我國(guó)人民就能釀酒，這是我國(guó)古代用“曲”作“媒”（即酶）催化谷物淀粉發(fā)酵的實(shí)踐?！吨芏Y》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(guān)于糖的營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(yíng)養(yǎng)性質(zhì)。人們現(xiàn)在也已知道，古人用于治療、預(yù)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(duì)人體的代謝物即分泌物進(jìn)行了比較詳細(xì)的記載。而關(guān)于生物化學(xué)這一學(xué)科的研究始于19世紀(jì)末期，這一學(xué)科最初是用于研究植物的光合作用和酵母菌。20世紀(jì)初期，通過應(yīng)用生物化學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)激素和維生素，直至20世紀(jì)30～50年代，科研人員積極探索和研究各項(xiàng)反應(yīng)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(xué)進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段—現(xiàn)代生物化學(xué)，該階段主要是對(duì)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(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)家們應(yīng)用微量分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)了更多的生物分子，運(yùn)用顯微鏡觀察生物分子的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用層析、電泳技術(shù)實(shí)現(xiàn)生物化學(xué)中的物質(zhì)分離，在各項(xiàng)生命活動(dòng)的研究領(lǐng)域，同位素示蹤技術(shù)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(xué)研發(fā)進(jìn)入基因工程發(fā)展的重要時(shí)期。

今天，生物化學(xué)融入分子生物學(xué)、生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和免疫學(xué)等學(xué)科的理論和技術(shù)，加之近年來生物信息學(xué)的介入，使生物化學(xué)成為一門極具發(fā)展前景的學(xué)科。

1.2? 生物化學(xué)的特點(diǎn)

生物化學(xué)的特點(diǎn)包括4個(gè)方面：首先，反應(yīng)條件溫和，一般在常溫、常壓下就可以發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)效率較高。其次，主要采用可再生資源，與我國(guó)實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)相一致。再次，不會(huì)對(duì)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(gè)方面的特點(diǎn)，生物化學(xué)在化工領(lǐng)域的地位越來越高，直接影響和決定著未來我國(guó)化工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.3? 生物化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，受到國(guó)外快速發(fā)展的生物技術(shù)影響，我國(guó)生物化學(xué)工程取得顯著成果。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)生物化學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品等諸多領(lǐng)域之中。

在醫(yī)藥領(lǐng)域，生物化學(xué)的應(yīng)用推動(dòng)了抗生素的生產(chǎn)與發(fā)展，使抗生素在臨床醫(yī)學(xué)中得到普遍應(yīng)用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在世界范圍內(nèi)生產(chǎn)抗生素的國(guó)家中，我國(guó)排在第一位，并且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。生物化學(xué)在農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)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(dòng)藥物生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。在食品領(lǐng)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(zhǎng)趨勢(shì)，不僅能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的基本需求，而且還能夠遠(yuǎn)銷國(guó)外[3]。

2? ? 生物化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

基于上述生物化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀的介紹，本課題主要從醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及食品安全等方面具體介紹生物化學(xué)的應(yīng)用。

2.1? 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1.1? 生物化學(xué)為推動(dòng)醫(yī)學(xué)各學(xué)科的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)

涉及正常人體的生物化學(xué)以及在發(fā)生疾病過程中的生物化學(xué)應(yīng)用相關(guān)問題，與醫(yī)學(xué)有著緊密的聯(lián)系?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)各學(xué)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(xué)各學(xué)科則研究疾病發(fā)生、發(fā)展機(jī)制及診斷、治療等。生物化學(xué)為醫(yī)學(xué)各學(xué)科從分子水平上研究正?；蛘呒膊顟B(tài)時(shí)人體結(jié)構(gòu)與功能乃至疾病預(yù)防、診斷與治療，提供了理論與技術(shù)，對(duì)推動(dòng)醫(yī)學(xué)各學(xué)科的新發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。例如近年來，對(duì)人們關(guān)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(jìn)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(zhǎng)足進(jìn)步。疾病相關(guān)基因克隆、重大疾病發(fā)病機(jī)制研究、基因芯片與蛋白質(zhì)芯片在診斷中的應(yīng)用、基因治療以及應(yīng)用重組脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）技術(shù)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(xué)的理論與技術(shù)有關(guān)[4]。

2.1.2? 有助于擴(kuò)大中醫(yī)藥的開放空間

在傳統(tǒng)中醫(yī)藥領(lǐng)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(jī)理。將生物化學(xué)應(yīng)用在中醫(yī)藥領(lǐng)域，通過參考查閱免疫調(diào)節(jié)、延緩衰老、癌癥預(yù)防及疏通機(jī)理等文獻(xiàn)資料，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)藥理與生物化學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，擴(kuò)大中醫(yī)藥的開放空間。將現(xiàn)代先進(jìn)的生物化學(xué)技術(shù)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(guān)系，有助于推進(jìn)我國(guó)醫(yī)學(xué)事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展?；谥嗅t(yī)藥機(jī)理，運(yùn)用生物化學(xué)中生物的內(nèi)源性與外源性兩項(xiàng)調(diào)控機(jī)制，加快轉(zhuǎn)變細(xì)胞內(nèi)的代謝速度，以達(dá)到中醫(yī)治病的目標(biāo)。在傳統(tǒng)中醫(yī)藥領(lǐng)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(xué)的應(yīng)用，降低工作難度，嚴(yán)格把控效果，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)中醫(yī)藥與現(xiàn)代生物化學(xué)技術(shù)的相融合，最終確保了生物化學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

2.1.3? 有助于進(jìn)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(shí)別和分清藥材種類。

隨著生物化學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(yùn)用生物化學(xué)技術(shù)選擇藥材，技術(shù)原理主要是生物化學(xué)通過DNA等區(qū)分不同的藥材，運(yùn)用限制酶切割技術(shù)，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(zhǔn)度，減少操作過程中的人為失誤。當(dāng)前，在生物化學(xué)中醫(yī)藥領(lǐng)域選取藥材中，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）擴(kuò)增技術(shù)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(zhǔn)確檢測(cè)珍貴藥材的成分作出了巨大貢獻(xiàn)。

2.2? 在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

隨著生物化學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，生物化學(xué)被廣泛應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)中。以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響為例，本課題主要介紹農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)化學(xué)產(chǎn)品的不合理應(yīng)用給環(huán)境帶來的壓力。

為了提高產(chǎn)量，對(duì)抗病蟲害，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用化肥、農(nóng)藥等化學(xué)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(xué)產(chǎn)品對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了污染，甚至一些化學(xué)農(nóng)藥殘余通過農(nóng)作物進(jìn)入食物鏈，嚴(yán)重危害人類身體健康[5]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用生物化學(xué)，一方面有助于降解殘留在農(nóng)作物上面的有害化學(xué)物質(zhì)。例如，在使用化學(xué)殺蟲劑過程中，農(nóng)作物的細(xì)胞大約會(huì)殘留80%的氯代烴類藥物，這些物質(zhì)因?yàn)闊o法被植物細(xì)胞分解，會(huì)一直存在于生態(tài)鏈中。運(yùn)用生物化學(xué)中的微生物技術(shù)，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(xué)中微生物對(duì)農(nóng)業(yè)殘留物質(zhì)的降解作用，促進(jìn)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(gè)過程不會(huì)出現(xiàn)任何副作用。

2.3? 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也逐漸取得一些成果，成為國(guó)民社會(huì)經(jīng)濟(jì)的主要來源。隨著生物化學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，生物化學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)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(xué)處理等諸多方面，生物化學(xué)技術(shù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[6]。

例如，運(yùn)用生物化學(xué)的外源BT基因與棉花植株合成肉毒素，有效預(yù)防棉花植株的病蟲害，一些鱗翅目昆蟲在幼蟲時(shí)期如若吞食棉花植株，肉毒素就會(huì)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(hù)棉花植株不受病蟲的影響。人體與大多數(shù)動(dòng)物的腸道一樣，呈酸性，所以肉毒菌即便不小心服用也不會(huì)對(duì)健康造成太大傷害。

2.4? 在食品檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品作為人們賴以生存的物質(zhì)條件，其安全至關(guān)重要。特別是近幾年來，食品安全備受各界關(guān)注，一度成為熱點(diǎn)話題。為改善食品安全問題，在食品檢測(cè)領(lǐng)域引入生物化學(xué)技術(shù)，與食品安全檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)全面的食品安全檢測(cè)控制系統(tǒng)，保證食品的品質(zhì)與安全。在食品檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用生物化學(xué)技術(shù)，主要包括光譜分析技術(shù)、層析技術(shù)及膜分離技術(shù)等。在食品安全檢測(cè)中，光譜技術(shù)可以利用生物大分子對(duì)特定波長(zhǎng)的光合作用及生物分子特定基因與化學(xué)試劑的反應(yīng)，形成綠色。

總之，對(duì)于有害物質(zhì)的監(jiān)控可通過現(xiàn)代食品安全監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)，去發(fā)現(xiàn)和解決食品安全存在的問題。

3? ? 生物化學(xué)發(fā)展在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

關(guān)于生物化學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用受諸多因素影響，不僅給生物化學(xué)工程建設(shè)帶來問題，而且還向生物化學(xué)工程發(fā)展提出巨大的挑戰(zhàn)。關(guān)于生物化學(xué)發(fā)展在實(shí)際應(yīng)用中存在3個(gè)問題：

首先，生物化學(xué)工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理。當(dāng)前我國(guó)生物化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，企業(yè)產(chǎn)品單一、檔次低，無法滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。我國(guó)缺少生產(chǎn)高檔次醫(yī)藥產(chǎn)品的技術(shù)，國(guó)家還需耗費(fèi)資金，從國(guó)外進(jìn)口和引進(jìn)高檔次醫(yī)藥產(chǎn)品。

其次，產(chǎn)業(yè)范圍局限性。當(dāng)前在我國(guó)生物化工產(chǎn)業(yè)中，應(yīng)用到生物化學(xué)技術(shù)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(duì)生物化工產(chǎn)品并不了解，尤其是對(duì)精細(xì)化產(chǎn)品。這些因素阻礙生物化學(xué)規(guī)模的壯大，加之我國(guó)政府缺少相應(yīng)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(yán)重污染環(huán)境。雖然相關(guān)企業(yè)積極響應(yīng)國(guó)家政策，生物化學(xué)技術(shù)水平不斷提高，但是與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)依舊有著很大的差距。當(dāng)前，很多企業(yè)不斷創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率和獲得更多的市場(chǎng)占有率[7]。

最后，生產(chǎn)技術(shù)與工藝不完善，設(shè)備與工藝不完備，導(dǎo)致上下游技術(shù)不相適應(yīng)，增加企業(yè)的成本投入。雖然我國(guó)部分技術(shù)水平高，但是很多產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然存在很大的差距。

當(dāng)前，我國(guó)生物化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)為提高生產(chǎn)效率，從國(guó)外采購(gòu)生物反應(yīng)器、監(jiān)控設(shè)備及生物傳感器等先進(jìn)設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)難度。

4? ? 解決生物化學(xué)發(fā)展的有效措施

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

針對(duì)生物化學(xué)中的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)整，促使生物化學(xué)發(fā)展朝著多元化的方向發(fā)展，生產(chǎn)高精細(xì)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(dòng)提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.2? 擴(kuò)大生物化學(xué)工程規(guī)模

當(dāng)前，在我國(guó)生物化學(xué)發(fā)展過程中，產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模難以滿足市場(chǎng)發(fā)展的實(shí)際需求，企業(yè)應(yīng)擴(kuò)大生物化學(xué)工程，獲取更高的市場(chǎng)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(lì)生物化學(xué)知識(shí)企業(yè)積極參與到相關(guān)技術(shù)的研究中，將研發(fā)、生產(chǎn)及銷售等進(jìn)行集中管理，降低企業(yè)投入成本。鼓勵(lì)非專業(yè)學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)中，淘汰生產(chǎn)力薄弱和競(jìng)爭(zhēng)力薄弱成分。

4.3? 加大對(duì)生物化學(xué)工程的投入

基于企業(yè)實(shí)際出發(fā)，關(guān)于生物化學(xué)應(yīng)用的投入少，企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)就是培養(yǎng)一批具有生物化學(xué)基礎(chǔ)的人才。只有全面提升工作人員的技術(shù)水平和專業(yè)素養(yǎng)，才能提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

不過，企業(yè)從業(yè)人員沒有經(jīng)過專業(yè)技能培訓(xùn)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(shí)，不懂生產(chǎn)設(shè)備的操作，導(dǎo)致工作受阻。未來要高度重視培養(yǎng)生物化學(xué)技術(shù)專業(yè)人才。

5? ? 結(jié)語

生物化學(xué)與人們的關(guān)系日益密切，涉及范圍也越來越廣泛。生物技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)了我國(guó)生物化學(xué)的進(jìn)程。本課題分析了生物化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)應(yīng)用的領(lǐng)域范圍進(jìn)行了介紹，就當(dāng)前應(yīng)用中存在的問題提出相應(yīng)的對(duì)策，以學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，引進(jìn)優(yōu)秀的生產(chǎn)設(shè)備，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)我國(guó)生物化學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為更多的領(lǐng)域提供支持。

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