基本介紹
- 中文名：海洋生物化學
- 外文名：marine biochemistry
研究簡史,研究內容,海洋生物與海水環境的生化過程,海洋生物的代謝,海洋生物的代謝物,激素和信息素,海洋藥物,其他代謝物,研究意義,
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、氧等元素有所測定。20世紀30年代，從環節動物沙蠶中分離出沙蠶毒素，20世紀50年代又從海人草等中分離出海人草酸等代謝物，並確定其化學結構及合成；同時，開始研究海藻的碳代謝。
海洋生物化學
海洋生物化學20世紀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了較大進展；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；還廣泛地研究了海洋中的有機物及其生化過程。
研究內容
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了必需的物質條件。浮游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。
在生物體內光合成對呼吸引起的生物體的分解的比值，在大洋中大致保持一定。浮游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、胺基酸、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。這些有機物在海洋中的循環，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。浮游植物消耗硝酸鹽和磷酸鹽，致使海水中的氮、磷比值大致保持恆定。
生物殘骸經微生物分解成氨、磷酸等物質，釋放到海水中，又為浮游生物所利用。細菌還能使海水和沉積物中的高分子有機物分解成二氧化碳，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，生成了陸地上所沒有的多樣化的次級代謝物。
海洋生物
海洋生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，主要由三醯甘油和蠟酯等化學物質構成。兩者都含有大量的異戊酸、較長鏈的異構酸等。研究表明，L-亮氨酸經轉氨酶、三磷酸腺苷和醯基磕激酶的酶系統而產生異戊醯輔酶，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了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。在近海，它們大部分被吸附在懸浮的顆粒物上沉于海底，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、巨藻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、多肚甾醇、酮基化合物等激素，可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、辨別家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。如由海產蕨藻中分離出的蕨藻素，軟體動物海兔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了對人畜無害而有效的殺蟲劑。
海洋生物化學
海洋生物化學此外，從軟珊瑚中分離出前列腺 素；從軟骨藻、海人草、凹頂藻、海頭紅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）類胡蘿蔔素、葉黃素類等輔助色素。海洋動物則含有類胡蘿蔔素和醌類、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）提供了化學依據。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係的資料；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。
