某些染料等较大分子进入细胞膜。要维持LPS结构的稳定性，必须有足够的存在。如果用EDTA
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等螯合剂去除Ca和降低离子键，就会使LPS解体。这时，其内壁层的肽聚糖分子就会暴露出来，因而易被溶菌酶所水解。
LPS的分子结构较为复杂，现表解如下：
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在LPS中，类脂A的种类较少（大约有7~8种），它是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础，其结构见图3-7。
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图3-7 沙门氏菌LPS中类脂A（即内毒素）的分子结构； 图3-8 LPS中三种独特糖的结构 在LPS的核心多糖区和O-特异侧链区中有几种独特的糖，例如2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO）、L-甘油-D-甘露庚糖和阿比可糖（Abq, 即3,6-二脱氧-D-半乳糖），它们的结构见图3-8。在沙门氏菌中，LPS中的O-特异侧链种类极多，因其抗原性的差异故很易用灵敏的血清学方法加以鉴定，这在传染病的诊断中有其重要意义，例如由此可对某传染病的传染原进行地理定位等。
（3）外膜蛋白(outer membrane protein)
指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数外膜蛋白的功能还未清楚。其中的脂蛋白(lipoprotein)是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。另有两种蛋白研究得较为清楚，都称孔蛋白（porins）。每个孔蛋白分子是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过孔的开、闭，可阻止某些抗生素进入外膜层。已知有两种孔蛋白，其一是非特异性孔蛋白(nonspecific porin)，其充水孔道可通过分子量小于800~900的任何亲水性分子，如双糖、氨基酸、二肽和三肽；另一为特异性孔蛋白(specific porin或specific channel protein)，其上存在专一性结合位点，只容许一种或少数几种相关物质通过，其中最大的孔蛋白可通过分子量较大的物质，如维生素B12和核苷酸等。除脂蛋白和孔蛋白外，还有一些外膜蛋白与噬菌体的吸附或细菌素的作用有关。
(4)周质空间* (periplasmic space, periplasm)
又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约
12~15nm），呈胶状。在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins），包括：
①水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等； ②合成酶类，例如肽聚糖合成酶；
③结合蛋白（具有运送营养物质的作用）；
④受体蛋白（与细胞的趋化性相关）。周质蛋白可通过渗透休克法（osmotic shock）或称“冷休克”的方法释放。此法系根据突然改变渗透压并使细胞发生物理性裂解的原理。其主要步骤是：将细菌放在用Tris缓冲液配制、含EDTA的20%蔗糖溶液中保温，使其发生质壁分离（plasmolysis），接着快速地用4℃的0.005mol/L MgCl2溶液稀释并降温，使细胞外膜突然破裂并释放周质蛋白。经离心即可从上清液中提取周质蛋白。
革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌间由于细胞壁和其他构造的不同，就产生了一系列形态、构造、化学组分、染色反应、生理功能和致病性等的差别，这些差别对微生物学的研究和实际应用都十分重要，现列表如下（表3-2）。
3、古生菌的细胞壁
在古生菌中，除了热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能的细胞壁。然而，从细胞壁的化学成分来看，则差别甚大。已研究过的一些古生菌，它们细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成的。例如：
（1）假肽聚糖(pseudopeptidoglycan)细胞壁
甲烷杆菌属(Methanobacterium)古生菌的细胞壁是由假肽聚糖组成的（图3-9）。它的多糖骨架是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸(N-acetyltalosaminouronic acid)以β-1,3糖苷键（不被溶菌酶水解！）交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala
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和L-lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-glu一个氨基酸组成。
图3-9 甲烷杆菌细胞壁中假肽聚糖的结构（单体）
（2）独特多糖细胞壁
甲烷八叠球菌(Methanosarcina)的细胞壁含有独特的多糖，并可染成革兰氏阳性。这种多糖含半乳糖胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，不含磷酸和硫酸。
（3）硫酸化多糖细胞壁
一属极端嗜盐古生菌——盐球菌属(Halococcus)的细胞壁是由硫酸化多糖组成的。其中含葡萄糖、甘露糖、半乳糖和它们的氨基糖，以及糖醛酸和乙酸。
（4）糖蛋白(glycoprotein)
细胞壁极端嗜盐的另一属古生菌——盐杆菌属(Halobacterium)的细胞壁是由糖蛋白组成的，其中包括葡萄糖、葡糖胺、甘露糖、核糖和阿拉伯糖，而它的蛋白部分则由大量酸性氨基
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酸尤其是天冬氨酸组成。这种带强负电荷的细胞壁可以平衡环境中高浓度的Na，从而使其能很好地生活在20%～25%高盐溶液中。
（5）蛋白质细胞壁
少数产甲烷菌的细胞壁是由蛋白质组成的。但有的是由几种不同蛋白组成，如甲烷球菌(Methanococcus)和甲烷微菌(Methanomicrobium)，而另一些则由同种蛋白的许多亚基组成，例如甲烷螺菌属(Methanospirillum)。
4、缺壁细菌
虽然细胞壁是原核生物的最基本构造，但在自然界长期进化中和在实验室菌种的自发突变中都会发生缺细胞壁的种类；此外，在实验室中，还可用人为的方法抑制新生细胞壁的合成或对现成细胞壁进行酶解而获得缺壁细菌。现把四类缺壁细菌归纳如下：
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（1）L型细菌（L-form of bacteria） 1935年，在英国李斯德预防研究所中发现一种由自发突变而形成的细胞壁缺损细菌——念珠状链杆菌（Streptobacillus moniliformis），它的细胞膨大，对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落。由于李斯德（Lister）研究所的第一字母是“L”，故称L型细菌。后来发现，许多革兰氏阳性或阴性细菌在实验室或宿主体内都可形成L型。严格地说，L型细菌应专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。
（2）原生质体（protoplast）
指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹着的圆球状渗透敏感细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。
（3）球状体(sphaeroplast)
又称原生质球，指还残留着部分细胞壁，尤其是革兰氏阴性细菌外膜的原生质体。
上述原生质体和球状体的共同特点是：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压极其敏感，革兰氏染色阴性，即使有鞭毛也无法运动，对相应噬菌体不敏感，细胞不能分裂，等等。当然，如在形成原生质体或球状体以前已有噬菌体侵入，则它仍能正常复制、增殖和裂解；同样，如在形成原生质体前正在形成芽孢，则该芽孢也仍能正常形成。原生质体或球状体比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，故是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。
（4）支原体(Mycoplasma)
是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。
5、革兰氏染色的机制
通过一个多世纪的实践证明，由革兰(C.Gram)于1884年发明的革兰氏染色法是一种极其重要的鉴别染色法，它不仅可用于鉴别真细菌，也可鉴别古生菌。60年代初，萨顿(Salton)曾提出细胞壁在革兰氏染色中的关键作用。至1983年，彼弗里奇(T.Beveridge)等用铂代替革兰氏染色中媒染剂碘的作用，再用电子显微镜观察到结晶紫与铂复合物可被细胞壁阻留，这就进一步证明了革兰氏阳性和阴性菌主要由于其细胞壁化学成分的差异而引起了物理特性（脱色能力）的不同，正是这一物理特性的不同才决定了染色反应的不同。其中细节为：通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物（CVI dye complex）。革兰氏阳性细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇乙醇或丙酮作脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色。反之，革兰氏阴性细菌因其细胞壁薄、外膜层的类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此，通过乙醇脱色后细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性菌呈现红色，而革兰氏阳性菌则仍保留紫色（实为紫加红色）了。
二、细胞壁以内的构造——原生质体
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1、细胞质膜(cytoplasmic membrane)
又称质膜(plasma membrane)、细胞膜(cell membrane)或内膜(inner membrane)，是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%）组成。通过质壁分离、鉴别性染色或原生质体破裂等方法可在光学显微镜下观察到；用电子显微镜观察细菌的超薄切片，则可更清楚地观察到它的存在。电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构。这是因为，组成细胞膜主要成分的磷脂，是由两层磷脂分子按一定规律整齐地排列而成的。其中每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的非极性尾（烃端）所构成。极性头朝向内外两表面，呈亲水性，而非极性端的疏水尾则埋入膜的内层，于是形成了一个磷脂双分子层。在极性头的甘油3C上，不同种微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等（图3-10）。在原核微生物的细胞质膜上多数含磷脂酰甘油，此外，在革兰氏阴性细菌中，多数还含磷脂酰乙醇胺，在分枝杆菌中则含磷脂酰肌醇，等等。而非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油的C1和C2位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。
图3-10 磷脂的分子结构
在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具运输功能、有的分子内含有运输通道的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein），在磷脂双分子层的上面
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