浅谈各学科领域中生物化学的发展与应用

摘   要：生物化学作为化学工程的一门前沿学科，在社会生产和生活中发挥着重要的作用。随着信息科学技术的创新发展，生物化学被广泛应用在各个领域中，并且已取得重大的发展成果。首先介绍了生物化学的发展现状，分析应用的领域范围，指出在实际应用中存在的问题，并提出相应的对策，培养高水平生物化工学科人才，提高产品质量，推动我国生物化工工程的建设与发展，提升企业的经济效益和市场竞争力。

关键词：学科领域;生物化学;发展与应用

生物化学是利用化学、物理学和生物学原理和方法，研究生物体的化学组成、结构和功能、生命活动中各种化学变化過程以及与环境之间相互关系的基础生命学科。近年来，随着生物化学的不断发展，我国各个领域不断引进和应用生物化学技术，这对推动我国科研发展起到重要作用。

1    生物化学的发展现状

1.1  生物化学的概念

所谓生物化学工程是指运用化学工程中的相关原理和工作方法，研究生物工程中生物体、生物活性物质参与生产过程中的理论知识，以解决其存在的技术问题。早在西方生物化学产生之前，我国祖先就已经在生产、饮食以及医疗等方面积累了丰富的经验，奠定了我国现代生物化学发展基础。例如公元前22世纪，我国人民就能酿酒，这是我国古代用“曲”作“媒”（即酶）催化谷物淀粉发酵的实践。《周礼》中有制酱、制饴的记载，《伤寒论》中用豆豉作为健胃剂，《黄帝内经·素问》中有关于糖的营养价值的记载，并记载了完全膳食必备的条件，区分了谷、畜、果、蔬4类食物的营养性质。人们现在也已知道，古人用于治疗、预防“脚气病”和“夜盲症”的药物或食物富含维生素B1或维生素A。本草纲目中不仅记录了上千种药物，并且对人体的代谢物即分泌物进行了比较详细的记载。而关于生物化学这一学科的研究始于19世纪末期，这一学科最初是用于研究植物的光合作用和酵母菌。20世纪初期，通过应用生物化学技术发现激素和维生素，直至20世纪30～50年代，科研人员积极探索和研究各项反应途径，并从中发现了三羧酸循环的代谢渠道。之后，生物化学进入一个全新的发展阶段—现代生物化学，该阶段主要是对生物大分子结构、分子之间联系的研发探究[1]。

随着生物化学技术的快速发展，科学家们应用微量分析技术发现了更多的生物分子，运用显微镜观察生物分子的结构，运用层析、电泳技术实现生物化学中的物质分离，在各项生命活动的研究领域，同位素示踪技术发挥着不可替代的重要作用。此外，基因工程的创新突破使得生物化学研发进入基因工程发展的重要时期。

今天，生物化学融入分子生物学、生理学、细胞生物学、遗传学和免疫学等学科的理论和技术，加之近年来生物信息学的介入，使生物化学成为一门极具发展前景的学科。

1.2  生物化学的特点

生物化学的特点包括4个方面：首先，反应条件温和，一般在常温、常压下就可以发生反应，反应效率较高。其次，主要采用可再生资源，与我国实施的可持续发展战略目标相一致。再次，不会对自然环境造成污染或者污染较少，属于清洁型工业。最后，有助于生产出传统方法不能生产的性能优越的产品[2]。

基于上述4个方面的特点，生物化学在化工领域的地位越来越高，直接影响和决定着未来我国化工行业的发展趋势。

1.3  生物化学的发展现状

近年来，受到国外快速发展的生物技术影响，我国生物化学工程取得显著成果。调查发现，当前我国生物化学技术被广泛应用于医药、农药、食品等诸多领域之中。

在医药领域，生物化学的应用推动了抗生素的生产与发展，使抗生素在临床医学中得到普遍应用。相关数据显示，在世界范围内生产抗生素的国家中，我国排在第一位，并且数据呈现增长趋势。生物化学在农药领域的应用也越来越多。例如，赤霉素、井岗霉素满足农业生产的需求，推动药物生产技术的发展。在食品领域，氨基酸和柠檬酸的生产量越来越大，并呈现成倍增长趋势，不仅能满足国内市场的基本需求，而且还能够远销国外[3]。

2    生物化学的应用领域

基于上述生物化学发展现状的介绍，本课题主要从医学、环境保护、农业生产及食品安全等方面具体介绍生物化学的应用。

2.1  在医学领域的应用

2.1.1  生物化学为推动医学各学科的发展作出了重要贡献

涉及正常人体的生物化学以及在发生疾病过程中的生物化学应用相关问题，与医学有着紧密的联系。基础医学各学科主要阐述人体正常、异常的结构与功能等，临床医学各学科则研究疾病发生、发展机制及诊断、治疗等。生物化学为医学各学科从分子水平上研究正常或者疾病状态时人体结构与功能乃至疾病预防、诊断与治疗，提供了理论与技术，对推动医学各学科的新发展作出了重要的贡献。例如近年来，对人们关心的心脑血管疾病、恶性肿瘤、代谢性疾病、免疫性疾病、神经系统疾病等重大疾病进行了分子水平的研究，在疾病的发生、发展、诊断和治疗方面取得了长足进步。疾病相关基因克隆、重大疾病发病机制研究、基因芯片与蛋白质芯片在诊断中的应用、基因治疗以及应用重组脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）技术生产蛋白质、多肽类药物等方面的深入研究，无不与生物化学的理论与技术有关[4]。

2.1.2  有助于扩大中医药的开放空间

在传统中医药领域，影响中医药适用范围的重要因素就是中医药的治病机理。将生物化学应用在中医药领域，通过参考查阅免疫调节、延缓衰老、癌症预防及疏通机理等文献资料，促进实现传统中医学药理与生物化学技术的有机结合，扩大中医药的开放空间。将现代先进的生物化学技术融入传统中医药中，不断探索中医药理与基因两者之间的关系，有助于推进我国医学事业的创新发展。基于中医药机理，运用生物化学中生物的内源性与外源性两项调控机制，加快转变细胞内的代谢速度，以达到中医治病的目标。在传统中医药领域中，各类药物的配比和提取难度大，无法保证工作效率与工作质量。生物化学的应用，降低工作难度，严格把控效果，实现传统中医药与现代生物化学技术的相融合，最终确保了生物化学在医学领域发挥重要作用。

2.1.3  有助于进行医药选材

在医药的生产过程中，由于药材种类繁多，每一种药材起到的作用也不同，在医药中很多药材外形相似，通过单一的肉眼很难识别和分清药材种类。

随着生物化学在医学领域的广泛利用，在选取药材工作方面发挥了显著的作用。运用生物化学技术选择药材，技术原理主要是生物化学通过DNA等区分不同的药材，运用限制酶切割技术，分割药材中的遗传物质，根据药品的有效成分，选取和搭配药材，提升药物配置的精准度，减少操作过程中的人为失误。当前，在生物化学中医药领域选取药材中，聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）扩增技术适用范围最为广泛，为中药材的选取和分类提供便利，也为准确检测珍贵药材的成分作出了巨大贡献。

2.2  在環境保护中的应用

随着生物化学技术的创新发展，生物化学被广泛应用在环境保护中。以农业生产对环境保护的影响为例，本课题主要介绍农业生产过程对化学产品的不合理应用给环境带来的压力。

为了提高产量，对抗病虫害，在农业生产中使用化肥、农药等化学产品越来越多，虽然在一定程度上增加了农作物的产量，但是这些化学产品对生态环境造成了污染，甚至一些化学农药残余通过农作物进入食物链，严重危害人类身体健康[5]。

在农业生产中应用生物化学，一方面有助于降解残留在农作物上面的有害化学物质。例如，在使用化学杀虫剂过程中，农作物的细胞大约会残留80%的氯代烃类药物，这些物质因为无法被植物细胞分解，会一直存在于生态链中。运用生物化学中的微生物技术，有助于分解这类有害物质，通过矿化作用将植物体内的农药残留物质分解为二氧化碳和水。微生物化学中微生物对农业残留物质的降解作用，促进将农业生产过程中的农药转变为可以代谢的中间产物，这个过程不会出现任何副作用。

2.3  在农业中的应用

我国作为农业大国，随着社会经济的快速发展，农业经济的发展也逐渐取得一些成果，成为国民社会经济的主要来源。随着生物化学技术的不断创新，生物化学技术被广泛应用在作物栽培、农作物品鉴和作物优良育种、土壤农业化学处理等诸多方面，生物化学技术推动农业现代化、产业化发展[6]。

例如，运用生物化学的外源BT基因与棉花植株合成肉毒素，有效预防棉花植株的病虫害，一些鳞翅目昆虫在幼虫时期如若吞食棉花植株，肉毒素就会在昆虫肠道消化酶和碱性环境下在体内水解成毒性肽，保护棉花植株不受病虫的影响。人体与大多数动物的肠道一样，呈酸性，所以肉毒菌即便不小心服用也不会对健康造成太大伤害。

2.4  在食品检测领域中的应用

食品作为人们赖以生存的物质条件，其安全至关重要。特别是近几年来，食品安全备受各界关注，一度成为热点话题。为改善食品安全问题，在食品检测领域引入生物化学技术，与食品安全检测技术相结合，开发全面的食品安全检测控制系统，保证食品的品质与安全。在食品检测领域应用生物化学技术，主要包括光谱分析技术、层析技术及膜分离技术等。在食品安全检测中，光谱技术可以利用生物大分子对特定波长的光合作用及生物分子特定基因与化学试剂的反应，形成绿色。

总之，对于有害物质的监控可通过现代食品安全监测的核心技术，去发现和解决食品安全存在的问题。

3    生物化学发展在实际应用中存在的问题

关于生物化学的发展与应用受诸多因素影响，不仅给生物化学工程建设带来问题，而且还向生物化学工程发展提出巨大的挑战。关于生物化学发展在实际应用中存在3个问题：

首先，生物化学工程产品设计不合理。当前我国生物化学结构设计不合理，企业产品单一、档次低，无法满足国内市场的需求。我国缺少生产高档次医药产品的技术，国家还需耗费资金，从国外进口和引进高档次医药产品。

其次，产业范围局限性。当前在我国生物化工产业中，应用到生物化学技术的行业主要聚焦于轻工业、医药和食品行业，其他企业对生物化工产品并不了解，尤其是对精细化产品。这些因素阻碍生物化学规模的壮大，加之我国政府缺少相应的研究体系与规范体系，在日常生产过程中，不仅消耗资源，还严重污染环境。虽然相关企业积极响应国家政策，生物化学技术水平不断提高，但是与国外发达国家相比，产品生产技术依旧有着很大的差距。当前，很多企业不断创新生产技术，以提高生产效率和获得更多的市场占有率[7]。

最后，生产技术与工艺不完善，设备与工艺不完备，导致上下游技术不相适应，增加企业的成本投入。虽然我国部分技术水平高，但是很多产品的生产技术与国外发达国家相比依然存在很大的差距。

当前，我国生物化学生产技术为提高生产效率，从国外采购生物反应器、监控设备及生物传感器等先进设备，以提高生产效率，降低生产难度。

4    解决生物化学发展的有效措施

4.1  科学调整产业结构

针对生物化学中的产业结构，进行科学、合理的调整，促使生物化学发展朝着多元化的方向发展，生产高精细产品，生产传统生产方法所不能生产的产品，推动提高企业的经济效益和市场竞争力。

4.2  扩大生物化学工程规模

当前，在我国生物化学发展过程中，产品生产规模难以满足市场发展的实际需求，企业应扩大生物化学工程，获取更高的市场占有率。政府部门积极给予政策支持，构建培养科技型创业人才，鼓励生物化学知识企业积极参与到相关技术的研究中，将研发、生产及销售等进行集中管理，降低企业投入成本。鼓励非专业学生积极参与到学习中，淘汰生产力薄弱和竞争力薄弱成分。

4.3  加大对生物化学工程的投入

基于企业实际出发，关于生物化学应用的投入少，企业发展的基础就是培养一批具有生物化学基础的人才。只有全面提升工作人员的技术水平和专业素养，才能提高企业竞争力。

不过，企业从业人员没有经过专业技能培训就上岗参加工作，受传统化工生产思想的影响，员工不具备完善的专业知识，不懂生产设备的操作，导致工作受阻。未来要高度重视培养生物化学技术专业人才。

5    结语

生物化学与人们的关系日益密切，涉及范围也越来越广泛。生物技术的快速发展推动了我国生物化学的进程。本课题分析了生物化学的发展现状，对应用的领域范围进行了介绍，就当前应用中存在的问题提出相应的对策，以学习国外先进技术，引进优秀的生产设备，提高企业竞争力和市场竞争力，推动我国生物化学技术的快速发展，为更多的领域提供支持。

[参考文献]

[1]王彦辉.生物化学技术在中医药研究中的应用[J].生物技术世界，2015（10）：204.

[2]林其谁.中国生物化学基础研究40年回顾[J].生物化学与生物物理进展，2014（10）：930-935.

[3]宋庆梅.现代生物化学中酶工程技术研究与应用[J].山东工业技术，2014（18）：243.

[4]高  翔.试论生物化学领域的发展前景[J].科学与信息化，2019（1）：171.

[5]常浩楷.浅谈生物化学的发展与应用[J].化工管理，2017（12）：92-95.

[6]程  静.浅析生物化学在各个领域的应用[J].化工管理，2018（1）：9.

[7]梁澳玺.生物化学在医学的应用分析[J].科技资讯，2017（34）：233.