革兰阳性菌和革兰阴性菌的细胞壁结构显著不同（见下表）。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。
革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较
结构 | 革兰阳性菌 | 革兰阴性菌 |
肽聚糖组成 | 聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥 | 聚糖骨架、四肽侧链 |
层数 | 可达50层 | 仅1～2层 |
含量 | 占细胞壁干重的50%～80% | 占细胞壁干重的5%～10% |
机械强度 | 强，较坚韧 | 差，较疏松 |
磷壁酸 | 有 | 无 |
外膜 | 无 | 有 |
周浆间隙 | 无 | 有 |
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