Các cơ thể chứa protein là chủ yếu. Đối với đa số vi sinh vật thì một cơ thể chết là cơ chất tốt nhất. Các protein của sinh vật chết vị tấn công và phân huỷ rất nhanh bởi nhiều
vi khuẩn và nấm. Cũng như các chất cao phâ tử khác, các protein trước hết bị phân huỷ bên ngoài tế bào bởi các enzym ngoại bào thành những mẩu nhỏ hơn có thể xâm nhập vào tế bào. Các enzym phân huỷ protein (các protease), do vi khuẩn và nấm tiết ra, thuỷ phân protein thành các oligopeptit và các axit amin. Các oligopeptit được vi sinh vật hấp thụ nhờ những hệ thống vận chuyển đặc hiệu và sau đó được phân huỷ nhờ các protease nội bào thành các axit amin. Những axit amin này hoặc được thu nhận vào protein của tế bào, hoặc được tách amin trên những con đường trao đổi chất đặc biệt, được lôi cuốn vào các con đường trao đổi chất trung gian và bị oxi hoá tận cùng. Như vậy chúng cũng được dùng làm nguồn năng lượng (hình 14.16)
Sơ đồ phân huỷ protein ở bên ngoài và bên trong tế bào vi khuẩn và những cách biến đổi axit amin tiếp theo.
Người ta thường xác định hoạt tính phân huỷ protein ngoại bào của vi sinh vật trên một môi trường rắn chứa gelatin. Khi ấy hoạt tính được nhận biết qua vùng phân huỷ bao quanh khuẩn lạc, vùng này không bị kết tua bởi HCl. Cũng theo nguyên tắc khuyếch tán này, có thể thay gelatin bằng sữa gầy, khi ấy môi trường có đọ đục tự nhiên của sữa, và vùng phân hủy hiện ra trực tiếp như những quầng trong suốt bao quanh khuẩn lạc. Các proteaselà những enzym phân huỷ liên kết peptit. Trước hết cần phân biêt protease nội bào và protease ngoại bào. Loại đầu tiên thực hiện những chức năng của trao đổi chất trong tế bào, còn loại sau phục vụ cho sự phân huỷ các protease ngoại bào. Tuỳ theo tính đặc hiệu của chúng có thể phân biệt các exopeptidase và các enđopeptiaza. Các exopeptidase là những enzym mà tính đặc hiệu của chúng được qui định bởi đầu tận cùng cacboxy hoặc đầu tận cùng amino. Còn các endopeptidaza, hay còn gọi là các proteinaza,thì phân hủ những liên kết peptit bên trong chuỗi polypeptit. Có thể phân biệt ít nhất 4 nhóm proteinaza: serin - proteinase, xistein - proteinase, aspartat - proteinase, và kẽm - proteinase. Những enzym nội bào này cực kỳ đặc hiệu và đóng vai trò to lớn trong sự điều hoà trao đổi chất của tế bào, ví dụ bằng cách phân hủy peptit tín hiệu và hoạt hoá hay bất hoạt các enzym này nhờ sự phân huỷ.
Protein được tiêu hoá một nửa gọi là pepton. Tên gọi được định nghĩa không rõ này ám chỉ pepton dùng làm môi trường dinh dưỡng cho vi khuẩn, nó được sản xuất theo cách xử lý protein bằng pepsin, làm cho một phần các liên kết peptit bị phân huỷ. Nó gồm khoảng 30% (W) các axit amin tự do; phần còn lại chứa các di - và tripeptit cũng như cac polipeptit hoà tan trong nước, không thể bị kết tủa bởi nhiệt hoặc axit nữa. Dịch dinh dưỡng phức hợp với thành phần không xác định (nutrient broth, NB) là một hỗn hợp của pepton, cao thịt và cao nấm men (tỷ lệ 7:7:2), chứa không những các axit amin và oligopeptit mà cả nhiều đường, axit hữa cơ, và các vitamin và nguyên tố vi lượng. Cácprotease ngoại bàođược tiết vào môi trường và phục vụ cho việc phân huỷ protein. Một sốproteasengoại bào cũng tác động như những chất độc (toxin) và những nhân tố độc (virulent factor): subtilisin, lizostaphin, streptokinaza, elastase, hemolizin vv.... Các protease được sản xuất công nghiệp trên quy mô lớn và dùng làm chất bổ sung vào chất tảy rửa, để xử lý da, và cho nhiều mục đích khác. Cácprotease bền nhiệt được sản xuất từ vi khuẩn ưa nhiệt. Protease ngoại bào được nhiều vi khuẩn và nấm sinh ra, nhưng không phải là mọi vi sinh vật đều có khả năng này.
Sự phân hủy protein trong đấtxảy ra kèm theo sự tạo thành amon. Vì thế người ta gọi đó là sự khoáng hoá nitơ hay sự amôn hoá (amonifikation). Tham gia vào sự phân huỷ protein có vô số nấm và vi khuẩn, trong số đó có Bacillus cereus var mycoides, các
Pseudomonas, Proteus vulgarisvv...
Phản ứng phân huỷ đầu tiên tấn công vào một axit amin có thể là một sự tách cacboxy (dercarboxilation) hoặc một sự tách amin (desamidization). Các decacboxilaza thường được tạo thành ở vùng pH axit. Các sản phẩm của sự tách cacboxi đối với các axit amin là cacbon dioxit và các amin bậc một. Những bazơ quen thuộc nhất, trước kia đựoc mô tả như là những độc tố thối (ptomain) hoặc độc tố xác chết, là cadaverin, putrexsin và agmatin; chúng hình thành từ lizin, ornitin hoặc arginin. Các amin bậc một xuất hiện trong sự thối rữa bình thường ở ruột và trong các quá trình phân huỷ yếm khí khác đối với các chất chứa protein.