По химическому составу микроорганизмы мало отличаются от других живых клеток. Значительную часть клетки составляет вода: 70—85% от общей массы. Значение воды в жизнедеятельности клетки огромно. В ней растворяются различные химические вещества, диссоциируют электролиты, формируются коллоиды. Поэтому микробы могут расти и размножаться только в питательных средах, содержащих воду. Сухой остаток микробной клетки составляет 15—30%. Из них 90—97% приходятся на долю элементов — органогенов: углерода (50%), кислорода (30%), азота (12%), водорода (8%). Процент остальных зольных элементов, например натрия, калия, кальция, фосфора, железа, магния и др., составляет 3—10. Относительная плотность микробной клетки 1,055. Большинство микроорганизмов имеет отрицательный электрический заряд, а спирохеты — положительный.
Органические вещества представлены в клетке в основном белками, углеводами, жирами, нуклеиновыми кислотами: ДНК и РНК. Общее количество органических веществ может значительно колебаться в зависимости от среды обитания (от 40 до 90%) .
Белки составляют основную часть органических веществ в клетке (40—80%) и определяют важнейшие биологические свойства микроорганизмов. Это простые белки— протеины и сложные — протеиды. Белки построены из аминокислот, состав которых характерен для различных видов микроорганизмов. Большое значение имеют нуклеопротеиды, представляющие соединения белка с нуклеиновыми кислотами: ДНК и. РНК. Наряду с ними в клетке встречаются гликопротеиды, липопротеиды, хромопротеиды.
Углеводы являются наиболее вариабельной частью клетки (10—30%), и состав их различен не только у разных видов, но даже у штаммов бактерий. Он зависит от возраста и условий развития микробов. Бактерии содержат простые углеводы — моно- и дисахариды, комплексные углеводы — полиозиды и большие углеводные макромолекулы — полисахариды. Углеводы выполняют в клетке пластическую роль, имеют большое значение как источник энергии, необходимой для обменных процессов. У некоторых микроорганизмов, например пневмококков, полисахаридный состав капсул настолько специфичен, что определение его позволяет разграничить отдельные типы внутри вида. В настоящее время раскрыты и изучены полисахаридные комплексы большинства кишечных бактерий, менингококков, пневмококков и многих других микроорганизмов.
Большое значение имеют также комплексные углеводы, содержащие азот. Например, глюкозамин, входящий в состав клеточной стенки бактерий, определяет ее форму.
Липиды состоят в основном из нейтральных жиров, фосфолипидов и свободных жирных кислот. Количество их.зависит от возраста культуры и вида микроорганизма. Например, у микобактерий туберкулеза количество липидов достигает 40%. Фосфолипиды являются составной частью цитоплазматической мембраны. Липиды также входят в комплекс веществ, образующих клеточные стенки бактерий, особенно грамотрицательных, и определяющих токсические свойства микроорганизмов. Количество-липидов в клетке колеблется от 1 до 40%
Нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) являются важнейшей составной частью клетки. В ДНК бактерий зашифрована вся наследственная информация клетки, а РНК участвует в процессах считывания этой информации, передачи и синтеза белка. Количество нуклеиновых кислот достигает 5—30%.
В состав бактерий входят также сложные небелковые азотистые вещества: различные пурины, полипептиды, аминокислоты.
Минеральный состав микроорганизмов различен и меняется в зависимости от состава питательной среды. Основные элементы, необходимые для жизнедеятельности клетки,— натрий, калий, фосфор, кальций, магний, железо, медь, сера, хлор, кремний. Фосфор, например, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, многих коферментов. Некоторые фосфорорганические соединения являются своеобразными аккумуляторами энергии, например аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Железо — обязательная часть дыхательных ферментов клетки. Медь содержится в некоторых дыхательных ферментах. Натрии играет роль в поддержании осмотического давления в клетке.