细菌细胞壁主要是由杂多糖构成，但也有脂质、蛋白质和其他物质参与。由于细胞壁的化学组成和结不同，细菌可分为革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌两大类。革兰氏阳性细菌的细胞壁是由多层网格结构的肽聚糖（总厚度10~20 nm）所组成，并有磷壁酸与之相连。革兰氏阴性细菌的细胞壁也含肽聚糖，但只是单层或很少几层（2nm），并且不含磷壁酸：此外在肽聚糖的外面还覆盖着脂双层，称外膜，由磷脂、脂蛋白、膜孔蛋白和脂多糖等组成；细胞壁向里是内膜（质膜）：肽聚糖正包埋在内。外膜之间的周质胶中。这一差异使革兰民染色容易从革兰氏阴性细菌中被脱色剂洗去。

  原核细胞中有些是天然没有细胞壁的，例如支原体属的成员。古菌也可能缺乏细胞壁或有不一般的细胞壁，不含肽聚糖，代之以一种类似肽聚糖的物质，其中N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸代替了肽聚糖中的 MurNAc，并且缺少 D-氨基酸。此物质被称为假肽聚糖。
  肽聚糖也称黏肽或胞壁质，它的主链是由N-乙酰葡萄糖胺（CleNAc)和 N-乙酰胞壁酸(MurNAc)借(β1→4)连键交替连接而成。这些多糖链在细胞璧中平行排列，链间通过连接在MurNAc残基上的短肽（肽的准确结构决定于细菌的种类）交联起来。肽聚糖主链也可以看成是壳多糖链的单糖残基交替地被乳酸取代，并通过乳酸基连接有侧链四肽；这种多糖链的重复结构有人称它为胞壁肽。胞壁肽是一个连有四肽的二糖单位，四肽的N端通过酰胺键与MurNAc的乳酸基相连。四肽中氨基酸残基是D型和L型交替存在的：N端残基经常是L-Ala，第2残基是D-Glu，有时为D-异谷氨酰胺所代替，第3残基（R）随细菌种属而异，或L-Lys或赖氨酸样氨基酸，如2，6-二氨基庚酸，C端残基是D-Ala。在大肠埃希氏菌和其他革兰氏阴性细菌中，侧链四肽与侧链四肽直接相连，即一条多糖链上的四肽D-Ala的α-COOH与相邻多糖链上的四肽第3残基的侧链氨基，如L-Lys的ε-NH，相连。但在革兰氏阳性细菌中四肽侧链之间通过一个由1~5个氨基酸组成的交联桥连接，例如金黄色葡萄球菌中，四肽侧链之间的交联桥是五聚甘氨酸。实际上肽聚糖是一个由共价键连接的、包围着整个细菌细胞的刚性囊状大分子，它防止因渗透进水而引起细胞膨胀和破裂。溶菌酶是通过水解GlcNAc 和MurNAc残基之间的（β1→4）糖苷键杀死细菌的。溶菌酶分布很广，在卵清、噬菌体和眼泪中都有它。青霉素杀伤细菌是通过干扰肽聚糖中多糖链之间的肽交联桥的形成，使细菌失去抗渗透能力。
  革兰氏阳性细菌的细胞壁，除含肽聚糖外尚有磷壁酸，它虽不是糖类但与之有关。在某些细菌中磷壁酸含量达细胞壁干重的50%。磷壁酸主链是由醇（核糖醇或甘油）和磷酸分子交替连接而成，侧链是单个的D-Ala或/和β-D-葡萄糖等分别以酯键或糖苷键与磷壁酸中的醇成分相连。磷壁酸按其在细胞表面上的固定方式可分为脂磷壁酸和壁磷壁酸。脂磷壁酸跨过肽聚糖层，以其末端磷酸共价连接于质膜中糖脂的寡糖基上。壁磷壁酸不深入质膜，其末端以磷酸二酯键与肽聚糖的MurNAc残基相连。由于磷酸基的负电荷，磷壁酸可结合正离子并调节它们进出细胞的移动。磷壁酸也在细胞生长中起作用，它通过控制一种称为自溶素的酶的活性（此酶负责断开细胞壁结构以插入新的肽聚糖成分），防止细胞壁大范围破裂而引起细胞溶解；磷壁酸还可能参与磷的贮存；最后由于磷壁酸造成了丰富的细胞壁抗原特异性，使得应用血清学方法鉴定细菌成为可能。     

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