浅谈生物化学的发展与运用

2017年12月施工应用浅谈生物化学的发展与运用常浩楷（河北省邢台市第一中学高三（1）班，河北邢台054000）指导老师：高彤宇摘要：随着工业化的快速发展，人们在从事各项工作中无时不刻地获取巨大经济利益。而现如今，生物化学作为研究生命物质性质以及结构的技术学科在很大程度上影响并且方便着人们的生活，同时也在不断改善着人们所生存的环境。本文综述了生物化学的发展历程，并总结了其运用的热门方向。关键词：生物化学;环境治理;酶工程;蛋白质工程生物化学是由生物与化学相交织形成的一门交叉学科，它主要研究生命的物质组成及结构、生命过程中所进行的各项化学反应、以及由生命活动产生的生物大分子的结构与各项性质。随着人们对有关生物化学技术的研究的逐渐加深，它在制药、环境治理、农业等方面的重要影响越来越受到人们的重视。1生物化学的发展进程这一学科最早起源于19世纪末期。从最初的对于植物呼吸与光合作用，对于酵母菌的研究，再到后来的20世纪初期对于激素，维生素的发现。20世纪30至50年代科研人员们又对各项反应途径进行了探索，发现了如三羧酸循环的基本代谢途径；20世纪50年代后生物化学技术进入了现代生物化学的发展阶段，此阶段主要研究的是各种生物大分子的结构及其相互之间的联系。而这些理论的发展，离不开生物化学的进步。20世纪，生物化学技术飞速发展。20年代的微量分析技术的发明使得科学家们发现了更多的生物分子；30年代电子显微镜的发明，又使得人们观察到生物分子的结构；40年代发现的层析、电泳技术成为了生物化学中物质分离中的关键技术；而后来的同位素示踪技术又在各项生命活动的进行过程的研究领域起到了关键作用；70年代科研人员们迎来了基因工程的重要突破；并在80到90年代进入了基因工程发展最为辉煌的时期。而如今生物化学技术已在众多的领域得到广泛的应用，并且成为了相当具有前景的一门学科。2生物化学的应用2.1环境治理我们生活在一个规模极为庞大、关系极复杂又极易受到环境变化的干扰的动态生态系统中。随着社会及经济技术的极速推进，人们生活与工作的周边环境也在不断发生变化。生态环境中变化因素的不断增加给环境的保护工作带来了一定的难度，包括水污染、空气污染、噪声污染、城市周边土地沙化等诸多资源环境问题不断发生。生物化学技术作为与生态环境紧密的一门学科及技术，对于环境的改善也发挥着巨大的积极作用。生物化学对环境的改造主要体现为：清除化学污染（具体为减少农药污染）、修复被生物或者化学药剂污染的土壤、净化污水以及减少白色污染。2.1.1减少农药污染劳动人民多年前就已经熟练掌握利用化学试剂（农药）对庄稼以及植物进行除虫的技术。然而一部分农药会残留在土壤中，长时间无法降解，对土地环境造成危害。科研人员们利用生物化学技术，用微生物来降解土壤中的残留农药；并且广泛推广生物农药，保护土壤环境。2.1.2修复土壤导致土壤污染的途径有很多，其中最主要的为重金属污染。而对被重金属污染的土壤的修复也成为现今研究的热门话题。人们通过生物化学中的酶促反应技术，将土壤中的重金属的化学形态进行改善，在降解一部分毒性的同时将重金属进行固定，减少其在土壤中的移动性，最终再利用生物吸收技术减少其含量。由此改善并且修复被生物或者化学药剂污染的土壤，防止水土流失。2.1.3净化污水污水处理问题一直是环境保护领域的一个重大课题，如何对污水进行有效处理并实现循环利用，减少水资源的消耗一直是科研人员们研究的重点以及难点。利用生物化学技术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来净化污水，不会造成水资源的二次污染。由此，通常利用固化酶技术对污水进行处理，以保证水质的健康、无害。2.1.4减少白色污染现代人们购物常会使用塑料的购物袋，且大多数商品的包装均为塑料制品。农用的地膜或者废弃的塑料很难自行降解，由此，白色污染成了现代环境污染的重要问题之一。残留于土壤中的塑料会降低土壤环境的营养成分，导致土地荒芜，给人们的生活带来巨大的麻烦。科学家们利用生物技术，用微生物合成效果极好的降解菌，有效减少白色污染。2.2酶工程工业化酶制剂的品质改良及新品种的开发是现代生物技术介入最多的一个领域，并已取得令人瞩目的成果。生物大分子之中，较为重要的就是酶。酶是由活细胞产生的一类蛋白质，其具有较高的催化性能。由于酶的催化具有高度的专一性，科研人员们利用这一性能可以定向合成所需的物质，并通过相关的生物化学技术开发特殊的酶来只催化特定的多糖进行水解，也可开发特殊的蛋白水解酶，这一点无疑在药物的全合成中具有重要作用。同时酶的催化也具有高效性，可大幅提高生产效率。酶工程技术是一种利用细胞器或者细胞以及酶所具有的(下转第95页)922017年12月专业管理催化功能来生产出人类所需产品的一门新兴技术，主要包括了酶的研制与生产、酶分子的修饰改造、细胞器或者细胞以及酶的固定化技术和生物传感器。而酶工程技术现已广泛应用于食品、轻化工业、能源开发、环境处理等领域。2.2.1食品保鲜方面现今的食品保鲜技术一直是食品行业的重头戏，而大多数食品制造商都会利用生物酶来对食品进行保鲜工作。基于酶工程的生物酶为食品提供了一个利于保质的环境。食品制造商根据不同食品中所含的酶的种类为其挑选不同的生物酶，使食物中所含的不利于食品保质的酶得到抑制，降低其反应速度，已达到保鲜的目的。2.2.2食品检测以及分析酶具有一定的特异性，所以酶可以用于对动物以及植物材料的化合物的定量以及定性分析。例如，用柠檬酸裂解酶测定柠檬酸的含量；采用乙醇脱氢酶测定食品中的乙醇含量等。除此之外，在食品中加入一种或几种酶，根据它们作用于食品中某些组分的结果，可以评价食品的质量，这是一种十分简便的方法。2.3蛋白质工程蛋白质工程在许多方面具有重要意义。通过基因工程技术，对目的基因进行有目的的改造，使其目的性地产生人们所需的蛋白质。它可以应用于提高蛋白质的稳定性，以提高酶的保存时长；也可用于蛋白质之间的融合；亦或是蛋白质活性的改变。蛋白质工程在工业、农业以及医药方面都具有重要用途。目前科学家已经通过对胰岛素的改造使其成为速效药剂，并且具有较为宽广的应用前景。3结语从生物化学发展兴起至今，国际以及国内有关生物化学的生命科学基础研究始终处于高速发展状态。20世纪70年代，我国成功合成人工酵母丙氨酸转移核糖核酸(tRNAAla)；20世纪70年代，国际上围绕DNA的相关研究技术迅猛发展，科研人员们在乙肝病毒基因的研究中取得重大突破；20世纪80年代，科学家们又成功实现了分子育种；一段时间里基因工程生产干扰素、胰岛素、白介素、生长激素、表皮生长因子等都取得了成功。由此可见生物化学一直受到社会广泛地重视，并继续蓬勃发展。参考文献:[1]李炜炜与陆启玉,酶工程在食品领域的应用研究进展.粮油食品科技,2008.16(3):第34-36页.[2]党翠茹,生物化学工程对当前生态环境的改造.科技传播,2013(9):第154-154页.[3]生物化学工程发展问题及解决建议.[4]陈红征,李菊梅与杨洁,生物化学工程研究进展及其发展趋势.新疆工学院学报,1999(01):第71-74页.[5]林其谁,中国生物化学基础研究40年回顾.生物化学与生物物理进展,2014(10):第930-935页.(上接第92页)的射线不是单一的，而可以分出带正电荷的α射线和带负电荷的β射线，前者穿透性较弱，后者穿透性较强。1900年，多恩在镭制剂中发现惰性气体氡，根据这一事实，卢瑟福和索迪于1902年提出了一个大胆的假说——放射性现象是一种元素的原子自发地转变为另一种元素的原子的结果，这个假说很快就得到了证实。1903年，索迪等做了一个实验：将氡焊封在细颈玻璃管内，然后用光谱法测量。他们观测到管内的氡不断消失，而氦则逐渐增加。原子衰变理论就这样建立起来了，它动摇了多少世纪以来作为经典化学基石的“原子不可分、化学元素不可变”的观念……这一连串复杂的任务、元素等，如果教师讲起用“很久很久以前”的故事方式来讲解，学生的兴趣会更浓。4.4视频实验法实验教学法其实在化学课程中一直都有，但此处提出的原因在于，大部分的实验课，都是“看”的，而非学生真正动手操作完成的。无机化学包括很多实验，完整实施下来差不多也要100个课时。但实际上，各个教学单位并没有这么多时间和资源来完成。那么，我们就应该采用一些策略来完成教育目标。就无机化学的教学目标来说，实验技能大概要包括3方面的技能——实验的安排能力、基本操作能力、实验现象和数据的观察与记录以及分析与处理的能。而其中，基本实验操作是最基础也最核心的能力，一定要放手让学生多实践，保证大部分学生的化学实验基本操作能达到正确、规范和熟练。现在以“减压过滤基本操作”为例子。这个实现看似比较复杂，大部分学生都不容易掌握。但仔细分析一下，这个操作大概就是四个基本点：连接装置、滤纸紧贴瓷片、过滤溶液、停止过滤，只要记住这几个关键点，组织学生反复练习，就能很快掌握。当然，梳理要点是最基础的步骤，示范仍旧是重点。实验一般是小组为单位，学生轮换操作。教师可以提前录制操作视频，在投影仪播放。实验的学生专心操作，等待的学生则“无实物表演”，反复看视频。同时，教师可在每组中培养一位“实验能手”，类似导师，则可代替教师纠正其他同学。如此反复，整个一学期下来，则可通过更少的时间提高更多学生的实操技能。参考文献：[1]吕琳，徐丹悦，吴星，等.高中化学与大学无机化学知识衔接的方式[J].化学教育，2009（7）：25-27.[2]梁建军，刘杰.谈高职基础化学与高中化学的教学衔接[J].滁州职业技术学院学报，2008（3）：76-77.[3]大连理工大学无机化学教研室.无机化学实验[M〕.北京:高教出版社,1990.95