微生物的营养要求千差万别，十分复杂。有的要求简单，如水中或土壤的某些细菌只需无机物及化学或放射能源即可生长繁殖；有的要求复杂，如大部分致病菌都依靠宿主供给其本身不能合成的生长因子等。至于病毒，则纯属胞内寄生。
就一般情况来说，细菌的生长需要碳源、氮源、硫、磷和其他无机离子，如铁和镁。病毒则不能利用简单的营养物质合成复杂的有机物质，在人工体外培养时需要用组织培养。细菌的自养菌（autotroph）可以自行合成营养物质，而异养菌（heterotroph）却不行。
为什么会出现上述情况?主要是酶的作用。在菌体内有两类蛋白，一类是结构蛋白（structural proteins），一类是功能蛋白（functional proteins），功能蛋白就是酶。酶在菌细胞的生活史中起着重要的作用，从细胞膜吸取营养物质到体内直至形成新的细胞个体，几乎所有反应都由酶类催化。酶的种类很多，有各种分类办法，按催化反应可分为水解酶、氧化酶和脱氢酶；按作用底物分为蛋白酶、糖酶、脂酶；按作用部位分为胞内酶与胞外酶等等。这就是在集体中没有高温、高压、强酸、强碱的条件下，而能进行各种化学反应的关键。许多酶在起催化作用之前，在催化处往往需要和辅酶、辅基或金属激活剂起作用，这些辅酶是非蛋白、分子较小的化合物。
细菌摄取外环境的营养物质，一些大分子的物质像蛋白、多糖与脂类，都先在细胞外经细胞分泌的胞外酶（蛋白酶、多醣酶、脂酶）分解为氨基酸或多肽、脂肪酸、单糖等以后，才能进入菌细胞。一种细菌可以具有多种酶系统，能完成多种生化反应。不同细菌合成的酶类及其活性不同，其代谢方式与生理特性也不同，例如需氧菌与厌氧菌，主要是后者缺乏一些酶系统，即细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶，不能分解过氧化氢（H2O2）等对细菌有害的物质，因而在有氧的环境下不能生长。大肠杆菌的突变株在丢失这些酶系统之后，会由兼性厌氧菌变为专性厌氧菌。
有些细菌的酶和其致病性有关，与多细菌含有氨基酸脱羧酶，可使氨基酸的羧基脱出，形成胺类和CO2。组氨酸脱羧时生成胺类和CO2，前者与细菌感染时出现的病理变化和毛细管扩张、水肿有关。金黄色葡萄球菌产生的血浆凝固酶、致病性链球菌产生的透明质酸酶，可溶解组织间质的透明质酸，使细菌易于扩散，增加其侵袭力。
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