全细胞催化是指利用完整的生物有机体（即全细胞、组织甚至个体）作为催化剂进行化学转化，其本质是利用细胞内的酶进行催化。该法是介于发酵法和提取酶催化法之间的一种生物催化技术。

细胞内完整的多酶体系可以实现酶的级联反应，从而弥补了酶法催化中剂量催化过程不易实现的不足，提高了催化效率，同时，又省去了烦琐的酶纯化过程，制备更加简单，生产成本更低。全细胞酶因简便易得、经济实用而被广泛采用，但其缺点是反应途径较难控制，反应终了时，副产物及菌体自溶物较多，给产品分离带来困难。

例如，全细胞催化剂催化油脂和甲醇酯化制备生物柴油，与固定化酶相比，无需酶的提取和纯化，减少了酶活力损失，降低了脂肪酶的生产成本。再如，细胞结合的脂肪酶即全细胞脂肪酶本身就可以看作是一种天然固定化的催化剂，与游离酶相比其制备无需复杂的提取纯化过程，酶活力损失小，有更好的稳定性，已被广泛用于各种酯的合成过程中，包括芳香酯、生物柴油等。尽管如此，全细胞酶也存在重复使用批次有限，对溶剂、短链醇和酸的耐受性不强等缺点，正是这些缺点束缚了其工业化应用。用于全细胞酶的微生物由于其种类繁多、作用各异、在自然界分布极广，所以在土壤、水域、腐败物以及其他生物体内广泛存在。微生物个体虽小，但它是一个能在特殊条件下生活并具有某些特性的独立生命体，有完整的酶系统，代谢能力和繁殖能力都很强，对环境有很大的适应性，对营养要求一般不高，因此能通过人工大量培养，远比从动植物细胞易于获得。微生物还易于改变遗传性能，包括改变其对环境适应性、代谢途径等性能的特点，且可利用重组DNA技术及细胞融合技术对生产菌种做更深入的改造，因此是一种理想的活细胞催化剂。

要从自然环境中将需要的微生物分离出来，并使之能成为生产菌种，是十分艰苦复杂的工作。首先要从土壤、腐败物等各种微生物群集的菌样中进行纯种分离，获得各种单一的微生物菌落（即单一微生物在固体培养基表面上形成的集落）。然后，用事先设计好的筛选方法，将所需要的具有特殊性能的微生物筛选出来。初步获得的菌种还需要经过一系列的性能测定和分类鉴别工作。为了提高其生产能力和进行性能改造，还需要进行遗传学方面的工作，使之成为有生产价值的菌种。

目前应用于全细胞催化的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌，各自特点如下所述。

（1）细菌 种类繁多，形态各异，分布广，约占微生物总数的一半。基本形态呈球状、杆状或螺旋状。球菌直径为0.5～1.0μm；杆菌直径为0.4～2.0μm，长度为0.8～6μm。具有细胞壁和膜、拟核和核糖体等结构，但无细胞核膜属原核细胞。有的细菌还有鞭毛及荚膜，以二分裂繁殖为主。芽孢杆菌及梭杆菌等在不良环境下会产生芽孢，芽孢在适宜环境下又能形成菌体。(www.daowen.com)

（2）放线菌 介于细菌和真菌之间的单细胞原核生物，故分类上属于细菌。菌体形态大多为丝状，菌丝无隔膜，粗约1μm。放线菌（Actinomycesbovis）中链霉菌的繁殖是通过菌丝顶端形成分生孢子实现的。

（3）酵母菌 真菌中的一类，菌体多呈球状、卵状或腊肠状，一般直径为1～5μm，长为5～30μm，也有少数酵母菌是长有假菌丝的。酵母具有典型的细胞结构，具有细胞核、细胞质、染色体、细胞器等，属真核细胞。酵母通常以出芽繁殖为主，也可以进行裂殖，有时还可进行有性繁殖，产生子囊孢子。

（4）霉菌 真菌中各种丝状菌的总称，均属真核细胞。菌体由分枝或不分枝的菌丝交织而成，有的为无隔膜的多核单细胞体，而更多的是有隔膜的单核或多核多细胞体。菌丝直径一般为3～10μm，繁殖方法很多，除了菌丝片段可生长为新菌体外，无性繁殖时一般形成孢囊孢子或分生孢子，有性繁殖则发生在特殊条件下，通过有性孢子的形成来实现。

同一种酶可用不同微生物进行生产；有时一种微生物在不同条件下能产生不同的酶。为此，根据不同情况合理选择菌种是十分重要的。

活细胞也可以进行固定化后用作生物催化剂，称为固定化细胞。它仍能保持活细胞的性质，但又如固定化酶那样，可以在一定时间内反复使用和实现连续化操作。活细胞固定化的方法与酶固定化类似，但以包埋法为主，也有用物理吸附法的。有的微生物本身能结团或凝集，则可不必另行固定化。目前，用固定化细胞生产6-氨基青霉烷酸和酒精已经工业化，用于生产啤酒等产品也趋于成熟。这是一种有发展前途的生物催化剂，各国对此的研究相当活跃。要解决的技术问题主要是它的活力维持、固定化颗粒的机械强度、性能传递和防止污染等。