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세균은 여러 가지 화학적 변화를 일으킬 수 있는데, 복잡한 화합물을 분해하는 이화작용과 새로운 물질을 합성하는 동화작용을 수행한다.

종류에 따라 한 물질을 여러 물질로 분해해 내기도 하고, 동일한 물질로부터 다른 최종 산물을 합성해 내기도 한다.

펙틴·셀룰로오스·녹말과 같은 고분자 유기 탄수화물은 여러 세균에 의해 단당류로 분해된다. 단백질은 단백질분해효소에 의해 펩타이드 결합이 끊어져 기본 단위인 아미노산으로 분해되고, 다시 탈아미노효소에 의해 암모니아와 지방산으로 분해되거나 탈탄소효소에 의해 이산화탄소와 아민으로 분해되고 지방은 지방산과 글리세롤로 분해된다. 지방산과 글리세롤은 다시 단당류로 분해된다. 또한 세균은 단순한 화합물을 이용해 효소·세포구조물 등의 고분자 물질을 합성해 내며, 항생제·색소·독소 등을 합성하기도 한다.