研究海洋生物的化學組成、代謝以及生物體與海水環境間發生的生物化學過程。它是海洋生物學的一部分，也是海洋化學的一個重要領域。海洋生物化學的研究有助於闡明生命起源和進化、海洋生物生產力的化學基礎和生物的活動規律，並與海洋生物資源的開發利用等有密切的聯繫。
研究簡史 海洋生物化學的研究是從對各種海洋生物的化學元素分析開始的。早在17、18世紀，就對海洋生物體中的碳、硫、磷、氫、氧等等元素有所測定。蘇聯А.П.維諾格拉多夫發表的《海洋生物的元素化學成分》，系統地收集瞭1940年以前的大量化學元素分析資料。20世紀30年代從環節動物沙蠶(Nereis)中分離出沙蠶毒素，50年代又從東方魨(Fugu))和海人草(Digenea)等中分別分離出河魨毒素和海人草酸等代謝物，並確定其化學結構及合成；同時，開始研究海藻的碳代謝。60年代以來，對海洋動物脂肪的代謝、結構和功能，以及海藻多糖代謝與結構等方面的研究取得瞭較大進展；對海洋生物中的化學傳訊物質──信息素的分離、結構和功能的研究迅速增多；還廣泛地研究瞭海洋中的有機物及其生化過程。1979年出版的《海洋生化學》(服部明彥編)和1981年出版的《海洋有機化學》（E.K.迪爾斯馬和R.道森主編），都論述瞭海洋生物化學方面的研究成就。
中國學者自20世紀60年代以來，在海帶碳代謝、海藻多糖化學組分、海藻多糖酶、海藻氨基酸、海藻色素蛋白，以及海洋動物天然產物的分離與鑒定和海洋文昌魚蛋白等方面的研究都取得瞭一些成果。
海洋生物與海水環境的生化過程 海水中除含有足夠的氧和二氧化碳外，還含有生物生長必需的氮、磷、矽等營養鹽類和各種微量元素，為有機物的發生和海洋生物的生長提供瞭必需的物質條件。浮遊植物是海洋生物生產力的初級生產者，它們接受日光能，利用海洋中的水、二氧化碳和營養鹽類合成基本的有機物。根據美國A.C.雷德菲爾德等研究，用下式表達浮遊植物體的合成過程:
在生物體內光合成(P)對呼吸引起的生物體的分解(R)的比值，在大洋中大致保持一定。浮遊植物每年固定的碳量，如以每平方米100克計算，則大洋中浮遊植物每年的凈初生產量約為3.6×1010噸碳。浮遊植物在海洋食物鏈中既是植食性動物的餌料，同時經分泌、排泄和分解又向海水提供大量的糖類、蛋白質、氨基酸、脂肪酸、維生素、甾醇等溶解有機物，以及殘骸碎屑等顆粒有機物（見海水有機物）。這些有機物在海洋中的循環（見圖），成為食物鏈中各營養級次的養料。
海洋細菌對海洋中的元素循環起著重要作用。海洋生物經細菌分解，釋放出的大部分氮成為銨(NH4+)離子，然後被細菌氧化為亞硝酸鹽，繼而形成硝酸鹽。這過程在表層水中主要依靠光化學氧化進行。而浮遊植物消耗硝酸鹽和磷酸鹽，致使海水中的氮/磷比值大致保持恒定。生物殘骸經微生物分解成氨、磷酸等物質，釋放到海水中，又為浮遊生物所利用。細菌還能使海水和沉積物中的高分子有機物(如纖維素、烴類和生物排泄物)分解成二氧化碳，使硫化氫氧化成硫酸鹽；在缺氧條件下，又能使硫酸鹽還原為硫化氫。對海底鐵錳氧化物凝結體（錳結核）的形成，細菌亦起著積極的生化作用。
海洋生物的代謝 海洋生物的代謝原理與途徑，如光合作用、呼吸作用、能量代謝，以及一級代謝物（蛋白質、核酸、脂肪等），基本上與陸地生物相似。但各種代謝細節，特別是次級代謝，則有著明顯的差異，生成瞭陸地上所沒有的多樣化的次級代謝物。
海洋哺乳動物的海豚和鯨的聲吶系統，是現代聲學研究的重要課題。海豚頭部具有回聲定位組織，主要由三酰甘油和蠟酯等化學物質構成。兩者都含有大量的異戊酸、較長鏈(C6～C16)的異構酸等。研究表明，L-亮氨酸經轉氨酶、三磷酸腺苷和酰基硫激酶的酶系統而產生異戊酰輔酶A，然後增伸鏈長，生成長鏈的異構酸，再滲入到脂肪中。這方面的研究有助於瞭解海豚的聲組織中脂肪類的代謝和傳聲功能。
海洋生物因其特殊的生理需要，能從海水中吸收並濃縮無機金屬離子和非金屬離子，其濃度可比周圍海水高出幾千倍甚至幾萬倍。被吸收的離子參與細胞質、色素、酶、血液、蛋白質、多糖、維生素等的合成與代謝，或構成其中的成分。隨著工業的發展，有毒重金屬離子、放射性元素以及有機農藥和化工污染物等隨河流、大氣進入海洋(見海洋污染)。在近海，它們大部分被吸附在懸浮的顆粒物上沉於海底，部分則由海洋生物吸收、濃縮，繼而經食物鏈轉移到底棲生物和魚類中。有的金屬離子(如汞)，在生化過程中轉變成有毒的甲基化形態，直接危害人類的健康和生命。現各國正在加強研究各種污染物在海洋生物中的存在、積累和轉移等代謝歷程，揭示其代謝規律；並已確認一些底棲動植物，如貽貝(Mytilus)、巨藻(Macrocystis)可作為研究污染物的指標生物。
海洋生物的代謝物 自20世紀60年代以來研究進展較快。這些代謝物有不少在種內和種間具有傳訊作用，還大都具有較高的生物活性和藥用價值，並在生物分泌和分解過程中被釋放到海水中，構成海水溶解有機物的組分（見海洋天然產物）。
激素和信息素 海洋動物中含有某些糖蛋白、多肽、甾醇、酮基化合物等激素，以協調個體內的各細胞，保持全個體的統一，控制生物體的各種機能。如棘皮動物海星類的卵成熟激素，蝦蟹的變色和蛻皮激素等。
由化學物質控制的生物之間的相互作用，稱為化學感受。這些化學物質稱為化學傳訊物質。在生物種內起著控制誘導、告警、集群、辨別傢族等作用的傳訊物質，稱為信息素。依對雙方的利害，分別稱為利己信息素和利他信息素。化學感受現象在海洋生物中很明顯，以彌補它們在混濁、黑暗的環境中視覺等功能的不足。
海洋藥物 海洋生物的代謝物具有奇異的化學結構，不少可用作藥物。如由海產蕨藻(Caulerpa)中分離出的蕨藻素，軟體動物海兔(Aplysia)中分離出的海兔毒素和駿河毒素，海綿動物中分離出的海綿毒素，腔腸動物中分離出的海葵毒素，以及沙蠶毒素、河豚毒素、雪加毒素等，它們都是含芳香族、含鹵和含氮的化合物，具有抗菌、抗腫瘤、抗癌等藥效。人們已按沙蠶毒素的化學結構合成瞭對人畜無害而有效的殺蟲劑。此外，從軟珊瑚中分離出前列腺素15R-PGA2，從軟骨藻(Chondria)、海人草、凹頂藻(Laurencia)、海頭紅(Plocamium)等中分離出海人草酸、軟骨藻酸、含鹵脂肪酸、烴類、萜類等化合物，具有驅蛔蟲、降血脂、抗菌、抗炎、抗腫瘤等不同藥效。
其他代謝物 海洋植物的光合作用與陸地植物一樣，除主要依靠葉綠素 a外，還有葉綠素 b和 c、色素蛋白（藻膽素）類胡蘿卜素、葉黃素類等輔助色素。海洋動物則含有類胡蘿卜素和醌類、吲哚、吡咯類色素。不少海洋動物和細菌能發光，這是一種酶的反應，由發光蛋白質被氧化而發生的。在兩極低溫海區生存的魚體內的某種糖蛋白，是有效的抗凍組分。
物種系統發育的差別能反映到生物體內的各種代謝物上，如色素、多糖和各種次級代謝物結構的差異上，這些差異為海洋生物的分類（如科、屬、種的劃分）提供瞭化學依據。這種分類被稱為“化學分類”。
研究意義 ①為海洋生命起源、海洋生物生產力和海洋生態學的研究，提供海洋環境化學因素與生物體活動之間相互關系的資料；②為開發海洋生物藥物資源和化學分類學提供化學依據；③與海洋有機化學相配合，闡明生物體分泌、分解和合成有機物的歷程，以及這些有機物的地球化學過程；④為研究海洋生物的生理行為闡明生化基礎，發展仿生學；⑤研究污染物入海後被生物吸收，在食物鏈中的積累、轉移及其歸宿的生化過程，為解決環境污染提供材料等。
參考書目
E.K.Duursma，R.Dawson，Marine Organic Chemistry-Evolution，Composition，Interactions andChemistryof Organic Matter in Seawater，Elsevier Scienti-fic Publ.，Amsterdam，1981.