生物化学应用.doc

生物化学应用简述而在本世纪，与生物化学有关的最重要的领域主要有以下几个方面： （1） 生物大分子结构与功能的关系； （2） 生物膜的结构与功能； （3） 机体自身调控的分子机理； （4） 生化技术的创新与发明； （5） 功能基因组、蛋白质组、代谢组等； （6） 分子育种与分子农业（工厂化农业）； （7） 生物净化； （8） 生物电子学； （9） 生化药物； （10）生物能源的开发等。二、 生物化学在不同领域的应用 生物化学是在医学、农业、某些工业和国防部门的生产实践的推动下成长起来的，反过来，它又促进了这些部门生产实践的发展。 医学生化对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究，有助于进行预防、诊断和治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面，磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新领域，如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代，再加上各种疫苗的普遍应用，使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的理论和方法与临床实践的结合，产生了医学生化的许多领域，如：研究生理功能失调与代谢紊乱的病理生物化学，以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学，与器官移植和疫苗研制有关的免疫生化等。 农业生化农林牧副渔各业都涉及大量的生化问题。如防治植物病虫害使用的各种化学和生物杀虫剂以及病原体的鉴定；筛选和培育农作物良种所进行的生化分析；家鱼人工繁殖时使用的多肽激素；喂养家畜的发酵饲料等。随着生化研究的进一步发展，不仅可望采用基因工程的技术获得新的动、植物良种和实现粮食作物的固氮；而且有可能在掌握了光合作用机理的基础上，使整个农业生产的面貌发生根本的改变。 工业生化生物化学在发酵、食品、纺织、制药、皮革等行业都显示了威力。例如皮革的鞣制、脱毛，蚕丝的脱胶，棉布的浆纱都用酶法代替了老工艺。近代发酵工业、生物制品及制药工业包括抗生素、有机溶剂、有机酸、氨基酸、酶制剂、激素、血液制品及疫苗等均创造了相当巨大的经济价值，特别是固定化酶和固定化细胞技术的应用更促进了酶工业和发酵工业的发展。 70年代以来，生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速，包括一些激素、干扰素和疫苗等。基因工程和细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不仅能提高产量，还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶，如-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投产后将会带来更大的经济效益。 国防方面的应用防生物战、防化学战和防原子战中提出的课题很多与生物化学有关。如射线对于机体的损伤及其防护；神经性毒气对胆碱酯酶的抑制及解毒等。三、 生物化学在实际生活中的作用1. 生物制药生物药物是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。生物药物原料以天然的生物材料为主，包括微生物、人体、动物、植物、海洋生物等。随着生物技术的发展，有目的人工制得的生物原料成为当前生物制药原料的主要来源。如用免疫法制得的动物原料、改变基因结构制得的微生物或其它细胞原料等。生物药物的特点是药理活性高、毒副作用小，营养价值高。生物药物主要有蛋白质、核酸、糖类、脂类等。这些物质的组成单元为氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等，对人体不仅无害而且还是重要的营养物质。 编辑本段生物制药现状生物药物的阵营很庞大，发展也很快。目前全世界的医药品已有一半是生物合成的，特别是合成分子结构复杂的药物时，它不仅比化学合成法简便，而且有更高的经济效益。 半个世纪以来微生物转化在药物研制中一系列突破性的应用给医药工业创造了巨大的医疗价值和经济效益。微生物制药工业生产的特点是利用某种微生物以“纯种状态”，也就是不仅“种子”要优而且只能是一种，如其它菌种进来即为杂菌。对固定产品来说，一定按工艺有它最合适的“饭”培养基，来供它生长。培养基的成分不能随意更改，一个菌种在同样的发酵培养基中，因为只少了或多了某个成分，发酵的成品就完全不同。如金色链霉菌在含氯的培养基中可形成金霉素，而在没有氯化物或在培养基中加入抑制生成氯化的物质，就产生四环素。药物生产菌投入发酵罐生产，必须经过种子的扩大制备。从保存的菌种斜面移接到摇瓶培养，长好的摇瓶种子接入培养量大的种子罐中，生长好后可接入发酵罐中培养。不同的发酵规模亦有不同的发酵罐，如10吨、30吨、50吨、100吨，甚至更大的罐。这如同我们作饭时用的大小不同的锅。 编辑本段生物制药产品我们吃的维生素、红霉素、洁霉素等，注射用的青霉素、链霉素、庆大霉素等就是用不同微生物发酵制得的。医药上已应用的抗生素绝大多数来自微生物，每个产品都有严格的生产标准。预测生物制药的研究进展，它将广泛用于治疗癌症、艾滋病、冠心病、贫血、发育不良、糖尿病等多种疾病。.药品紧缺，重要2. 防治外来生物入侵生物入侵是指某种生物从外地自然传入或人为引种后成为野生状态，并对本地生态系统造成一定危害的现象。这些生物被叫做外来物种。外来物种是指那些出现在其过去或现在的自然分布范围及扩散潜力以外的物种、亚种或以下的分类单元，包括其所有可能存活、继而繁殖的部分、配子或繁殖体。外来入侵物种具有生态适应能力强，繁殖能力强，传播能力强等特点德国小蠊，原产于德国，故称“德国小蠊”。因国际间的贸易往来，在商品流通运输的过程中输入我国，由于其体态与蟑螂极为相似，个体的大小如一般蟑螂四分之一，属蟑螂的一个品种。 生物入侵小蠊的繁殖速度比一般蟑螂要快数千倍，经半个月左右其幼卵即可长成成虫，群体数量比一般蟑螂多几倍乃至几千倍。小蠊的生活习性与一般蟑螂相似，喜在宾馆、酒店的中西厨房、酒吧、餐厅、包房等场所活动。它对人们造成的危害与蟑螂类似，主要是它们在活动其间将许多有害物质及病菌等传播到人们的食品及用具中，对人们的生命健康造成危害。 德国小蠊正式大规模入驻中国有近二十年的时间，已经从开始的少数大城市蔓延到几乎中小城市甚至小集镇和农村地区，据国家疾控中心相关资料显示，一只雌性德国小蠊一年最多可以繁殖出一百万只后代。随着防治用杀虫剂的大量使用，德国小蠊已经具备了极强的抗药性，多数杀虫剂对其无效。因德国小蠊的存在和难以防治，导致目前蟑螂已取代老鼠成为四害之首！ 此外，澳大利亚的“兔灾”，地中海的“毒藻”，美国五大湖的“斑马贻贝”，夏威夷的“蛙声”以及入侵我国的“紫茎泽兰”、“大米草”、“松材线虫”，“加拿大一枝黄花”、“克氏螯虾”、“美国白蛾”等等外来物种入侵的事例举不胜举。由于缺少自然天敌的制约，这些外来入侵者不仅破坏食物链，威胁其他生物的生存，而且还给全球带来了巨大的经济损失。据国际自然资源保护联盟（IUCN）的报告，外来物种入侵给全球造成的经济损失每年超过4000亿美元。自己编办法。3. 人工器官人造器官在生物材料医学上是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料;或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官部件功能的材料。1966年，这两位科学家把一些小鼠放入一桶液体中，并将小鼠完全浸没在液面下。按说小鼠应该在数分钟之内死亡，但它们却活了好几个小时。桶中的液体含有碳化氟和水，碳化氟分子同水中的氧气结合，并进入小鼠的血液内。 第二年，另一位美国人Henry给几只兔子注射了含有碳化氟和蛋清的混合物。他发现如果这种混合物不超过血液总量的三分之一，兔子就能够成活。 第一位接受人造血的是日本科学家内藤良知。1979年，他给自己注射200毫升人造血。如今，医生已经有多种不同配方的人造血供急救用。1980年6月，我国第一次将自己研制的人造血应用于临床，这一年就有14个病人获得满意的结果。首先，由于科学家对再生过程中的基础生物学理解不够充分，因此还不能生产特别理想的人造器官;其次，如何获得可靠的组织细胞来源，并使它们能够在体外大量快速繁殖增长;第三，目前还缺乏理想的仿生材料用以制造人造器官支架，这些材料要求可被人体吸收，降解后对人体无害，且对组织和器官不留任何后遗症。用合成材料或胶原蛋白等制成的人造皮肤，已经在临床上使用多年，但没有一种能比较全面地满足以上条件。然而壳聚糖或甲壳素制成的人造皮肤，目前可认为是一种理想的材料，它柔软、舒适，与创面的贴合性好，既透气，又吸水，具有抑制疼痛和止血的功能，有益菌消炎作用，随着创伤慢慢愈合，自身皮肤生长，能自行溶解而被机体吸收，免除了揭除时流血多及病人的痛苦，也不会留下碎屑而延缓伤口的愈合，相反会促进皮肤再生，对治疗高热创伤特别有效。从20世纪40年代开始，就已有人研究壳聚糖人造皮肤了。日本和我国都以能生产并已付诸实用，日本生产的人造皮肤如Beschitin W（BCW）厚度为0.12mm，具有止血、止疼、抗溶化及促进表皮形成功能。这种BCW可用于1度和2度烧伤，有效率高达90%，对3度烧伤，疗效也达53%，虽然效果差一些，但可以促进皮肤细胞的增生，有抑菌作用，因此也会有利于伤口的愈合。对于外伤和擦伤，将患者强力干净后，把BCW覆盖其上，与伤口紧密贴合，起到止血、止痛、消炎和促进皮肤细胞增生的作用，疗效达86%以上。4. 其它生物化学科技转基因食品，环境生物净化，生物克隆。