微生物在生長發(fā)育和繁殖過程中，需要不斷地從外界環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，在體內(nèi)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成能量和構(gòu)成細(xì)胞的物質(zhì)，并排出不需要的產(chǎn)物。這一系列的生化過程稱為新陳代謝。

　　代謝作用是生物體維持生命活動過程中的一切生化反應(yīng)的總稱。它是生命活動的最基本特征。代謝作用包括分解代謝(異化作用)和合成代謝(同化作用)。分解代謝是指生物體將各種營養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞物質(zhì)降解成簡單的產(chǎn)物，即由大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)并產(chǎn)生能量的過程。合成代謝是指將分解代謝所提供的或從環(huán)境中所吸收的小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì)的過程。分解代謝為合成代謝提供原料和能量，而合成代謝又為分解代謝提供物質(zhì)基礎(chǔ)，兩者相互對立而又統(tǒng)一，在生物體內(nèi)偶聯(lián)著進(jìn)行，使生命繁衍不息。

（一）微生物的酶：

　　生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)幾乎都要依靠酶的催化才能進(jìn)行。酶是由生物細(xì)胞合成的，以蛋白質(zhì)為主要成分的生物化學(xué)反應(yīng)催化劑。從化學(xué)組成來看，可分為簡單蛋白和結(jié)合蛋白兩種酶。根據(jù)酶在細(xì)胞中的活動部位，也可將酶分為胞外酶和胞內(nèi)酶兩種。

　　酶作為生化反應(yīng)的催化劑和其他的催化劑一樣，能顯著改變反應(yīng)的速度，但不能改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。酶有以下幾個(gè)特點(diǎn)：催化反應(yīng)的效率高、具有高度的專一性、容易失活、活性受調(diào)節(jié)控制等。

（二）微生物的能量代謝：

　　所有生物進(jìn)行生命活動都需要能量，因此，能量代謝成了新陳代謝中的核心問題。

　　自然界中的能量以多種形式存在，但生物只能利用光能或化學(xué)能，而光能也必須在一定的生物體（光合生物）內(nèi)轉(zhuǎn)化成化學(xué)能后，才能被生物利用。

　　一個(gè)化學(xué)反應(yīng)只有在一定條件下，當(dāng)有能量放出時(shí)才能自由地進(jìn)行，即自由能的變化為負(fù)值時(shí)，反應(yīng)才能進(jìn)行，這種反應(yīng)稱為放能反應(yīng)；如果產(chǎn)物的自由能大于反應(yīng)物的自由能時(shí)，必須供給能量才能進(jìn)行反應(yīng)，稱為吸能反應(yīng)。

　　在生物體內(nèi)，吸能反應(yīng)所需要的能量是由放能反應(yīng)來供給的，兩者是偶聯(lián)進(jìn)行的。其中的能量載體主要是ATP。ATP是腺嘌呤核甘三磷酸（簡稱腺三磷）的縮寫， ATP的生成和利用是微生物能量代謝的核心。在生物體內(nèi)，ATP主要由ADP的磷酸化生成。生成ATP的過程需要供應(yīng)能量，能量來自光能或化能。

　　以光能生成ATP的過程稱為光合磷酸化作用，這種轉(zhuǎn)變需要光和色素作媒介。

　　利用化合物氧化過程中釋放的能量進(jìn)行磷酸化生成ATP的過程稱為氧化磷酸化作用，它為一切生物所共有，微生物的氧化作用可根據(jù)最終電子受體的性質(zhì)不同而分為：呼吸作用、無氧呼吸作用和發(fā)酵作用。

　　ATP主要用于供應(yīng)合成細(xì)胞物質(zhì)（包括貯藏物質(zhì)）所需的能量。此外，細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，鞭毛菌的運(yùn)動，發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光等所消耗的能量也要由ATP供給。組成細(xì)胞的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)、核酸、類脂和多糖，合成這些物質(zhì)都需要ATP。

（三）微生物的物質(zhì)代謝：

　　微生物代謝的基本過程，可分為兩大類，即分解代謝和合成代謝 。

1．微生物的分解代謝：

　　微生物在生命活動中，能將復(fù)雜的大分子物質(zhì)分解為小分子的可溶性物質(zhì)，并有能量轉(zhuǎn)變過程，這種物質(zhì)轉(zhuǎn)變稱為分解代謝。大多數(shù)微生物都能分解糖和蛋白質(zhì)，少數(shù)微生物能分解脂類。

　　糖的分解：

　　糖類是異養(yǎng)微生物的主要碳素來源和能量來源，包括各種多糖、雙糖和單糖。多糖必須在細(xì)胞外由相應(yīng)的胞外酶水解，才能被吸收利用；雙糖和單糖被微生物吸收后，立即進(jìn)入分解途徑，被降解成簡單的含碳化合物，同時(shí)釋放能量，供應(yīng)細(xì)胞合成所需的碳源和能源。

　　蛋白質(zhì)及氨基酸的分解：

　　細(xì)菌分解蛋白質(zhì)的酶有兩類，一類為蛋白酶，另一類為肽酶，前者為胞外酶，能將蛋白質(zhì)分解為多肽和二肽。肽類可進(jìn)入微生物細(xì)胞中，肽酶為胞內(nèi)酶，將進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的肽水解為游離的氨基酸，供菌體利用。

　　微生物對氨基酸的分解方式很多，主要為脫氨作用和脫羧作用。不同細(xì)菌水解不同氨基酸除生成氨基酸外，還有其他物質(zhì)產(chǎn)生。如大腸桿菌、枯草桿菌水解含硫氨基酸有H2S產(chǎn)生；大腸桿菌、變形桿菌水解色氨酸，可形成吲哚。有些細(xì)菌則不能，因此這些特性可用于細(xì)菌的鑒定。

　　脂肪的分解：

　　脂肪是脂肪酸和甘油的結(jié)合物。某些微生物能產(chǎn)生脂肪酶，將脂肪水解為甘油和脂肪酸。甘油和脂肪酸可被微生物攝入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行代謝。

2．微生物的合成代謝

　　微生物的細(xì)胞物質(zhì)主要是由蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物和類脂等組成。合成這些大分子有機(jī)化合物需要大量能量和原料。能量來自營養(yǎng)物質(zhì)的分解，至于原料，可以是微生物從外界吸收的小分子化合物，但更多的是從營養(yǎng)物質(zhì)分解中獲得。從這里可以看到分解作用與合成作用之間相互依賴的緊密關(guān)系，由于它們相互依賴、偶聯(lián)進(jìn)行，微生物才能具有旺盛的生命活動和正常的生長繁殖。因而在自然界中得以生存和發(fā)展。微生物種類很多，合成途徑也比較復(fù)雜和多種多樣。

（四）微生物代謝的調(diào)節(jié)

　　微生物在正常的生命活動中，不斷地從外界吸收營養(yǎng)物質(zhì)，然后進(jìn)行一系列的分解與合成反應(yīng)，以獲得建造自身的物質(zhì)和能量。這些生化反應(yīng)通常是十分復(fù)雜而又非常迅速。在正常情況下，這些反應(yīng)非常協(xié)調(diào)地進(jìn)行，并且具有適應(yīng)外界環(huán)境變化的本領(lǐng)，這一切是依靠微生物的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。

　　由于代謝過程中幾乎所有的生化反應(yīng)都是通過酶的催化實(shí)現(xiàn)的，因此代謝調(diào)節(jié)實(shí)際是控制酶的數(shù)量和活性的變化。

　　酶數(shù)量的控制主要是通過對酶合成途徑的調(diào)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。有誘導(dǎo)和阻遏兩種調(diào)控方式，前者誘發(fā)酶的合成，后者阻止酶的合成。

　　酶活性的調(diào)節(jié)是通過改變酶結(jié)構(gòu)本身的構(gòu)象來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)方式有激活和抑制兩種。

　　激活作用常見于分解代謝途徑中前體對參與后面反應(yīng)的酶進(jìn)行激活，促使它們反應(yīng)速度加快。抑制作用常見于合成代謝的末端產(chǎn)物對合成反應(yīng)的關(guān)鍵酶進(jìn)行反饋抑制，以減慢或中止生物合成。

　　目前利用代謝調(diào)節(jié)理論已經(jīng)用來指導(dǎo)實(shí)際工作和進(jìn)行微生物發(fā)酵的生產(chǎn)控制。主要措施有：控制發(fā)酵條件和改變微生物菌種的遺傳特性等。