Vi sinh vật sinh trưởng nhanh, do có quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng, chuyển hóa vật chất, năng lượng và sinh tổng hợp các chất diễn ra ở trong tế bào với tốc độ rất nhanh. 

Phần lớn vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các loại axit amin.

Vi sinh vật sử dụng năng lượng và enzim nội bào để tổng hợp các chất.

- Sự tổng hợp prôtêin là do các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit.
nAxit amin —> Prôtêin

- Tổng hợp pôlisaccarit nhờ chất khởi đầu là ADP - glucôzơ (ađênôzin điphôtphat-glucôzơ):
(Glucôzơ) + ADP — glucôzơ —> (Glucôzơ)_n+1 + ADP

- Sự tổng hợp lipit ở vi sinh vật là do sự kết hợp glixêrol và các axit béo bằng liên kết este.

- Các bazơ nitơ kết hợp với đường 5 cacbon và axit phôtphoric để tạo ra các nuclêôtit, sự liên kết các nuclêôtit tạo ra các axit nuclêic.

Con người sử dụng vi sinh vật để tạo ra các loại axit amin quý như axit glutamic (nhờ vi khuẩn Corynebacterium glutamicum), lizin (nhờ các loài vi khuẩn Brevibacterium) và tạo prôtêin đơn bào (nhờ nấm men - loại vi sinh vật đơn bào giàu prôtêin).

1. Phân giải prôtêin và ứng dụng

Quá trình phân giải các prôtêin phức tạp thành các axit amin diễn ra bên ngoài tế bào nhờ vi sinh vật tiết prôtêaza ra môi trường. Các axit amin này được vi sinh vật hấp thụ và phân giải tiếp để tạo ra năng lượng cho hoạt động sống của tế bào.

Khi môi trường thiếu cacbon và thừa nitơ, vi sinh vật sẽ khử amin của axit amin và sử dụng axit hữu cơ làm nguồn cacbon, do đó có amôniac bay ra.

Nhờ prôtêaza của vi sinh vật mà prôtêin của cá, đậu tương... được phân giải tạo ra các axit amin, dùng nước muối chiết chứa các axit amin này ta được các loại nước mắm, nước chấm...

2. Phân giải pôlisaccarit và ứng dụng

Nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải ngoại bào các pôlisaccarit (tinh bột, xenlulôzơ ...) thành các đường đơn (mônôsaccarit), sau đó các đường đơn này được vi sinh vật hấp thụ và phản giải tiếp theo con đường hô hấp hiếu khí, kị khí hay lên men.

Con người sử dụng các enzim ngoại bào như amilaza để thủy phân tinh bột để sản xuất kẹo, xirô, rượu ...

a) Lên men êtilic

Nấm (đường hoá)     Nấm men rượu 

Tinh bột —— ► Glucôzơ ——-—► Êtanol + CO₂ 

b) Lên men lactic

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa kị khí đường (glucôzơ, lactôzơ ...) thành sản phẩm chủ yếu là axit lactic, có 2 loại lên men lactic là lên men đồng hình và lên men dị hình.

- Vi khuẩn lactic đồng hình 

Glucôzơ   ►   Axit lactic

- Vi khuẩn lactic dị hình

Glucôzơ  ► Axit lactic + CO₂  + Êtanol + Axit axêtic ...

c) Phân giải xenlulôzơ

Hợp chất chủ yếu trong xác thực vật là xenlulôzơ. Vi sinh vật tiết hệ enzim xenlulaza đế phân giải xenlulôzơ làm cho đất giàu chất dinh dưỡng và tránh ô nhiễm môi trường.

Người ta thường chủ động cấy vi sinh vật để phân giải nhanh các xác thực vật.

Mặt khác, do quá trình phân giải tinh bột, prôtêin, xenlulôzơ ... mà vi sinh vật làm hỏng thực phẩm, đồ uống, quần áo và thiết bị có xenlulôzơ.

Tổng hợp (đồng hóa) và phân giải (dị hóa) là hai quá trình ngược chiều nhau, nhưng thống nhất trong hoạt động sống của tế bào.

Đồng hóa tổng hợp các chất cung cấp nguyên liệu cho dị hóa, còn dị hóa phân giải các chất cung cấp năng lượng, nguyên liệu cho đồng hóa.