两类细菌的细胞壁化学组成，既有相同又有不同的成分。
（1）肽聚糖：又称黏肽或糖肽。为革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁的共同成分。凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质都能损伤细胞壁使细菌破裂或变形。肽聚糖的结构由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成（革兰阴性菌的肽聚糖无交联桥）。
（2）磷壁酸：为革兰阳性菌细胞壁特殊成分，分为壁磷壁酸和膜磷壁酸两种。磷壁酸有很强的抗原性，是革兰阳性菌重要的表面抗原，可用于细菌的血清学分型。
（3）外膜层：为革兰阴性菌细胞壁特殊成分。位于细胞壁肽聚糖的外侧，由脂多糖、脂质双层（磷脂）、脂蛋白三部分组成。
革兰阳性菌和革兰阴性菌的细胞壁结构显著不同，革兰阳性细菌细胞壁较厚，肽聚糖含量丰富，各层肽聚糖之间通过五肽交联桥与四肽侧链交联，构成三维立体网格，使细胞壁坚韧致密。与此相比，革兰阴性菌细胞壁较薄，肽聚糖含量少，而且肽聚糖层之间由四肽侧链直接交联，形成二维结构。除染色性外，两者在抗原性、毒性、对某些药物的敏感性等方面都有很大差异。
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