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兩類細菌的細胞壁化學組成，既有相同又有不同的成分。

（1）肽聚糖：又稱黏肽或糖肽。為革蘭陽性菌和革蘭陰性菌細胞壁的共同成分。凡能破壞肽聚糖結構或抑制其合成的物質都能損傷細胞壁使細菌破裂或變形。肽聚糖的結構由聚糖骨架、四肽側鏈和五肽交聯(lián)橋三部分組成（革蘭陰性菌的肽聚糖無交聯(lián)橋）。

（2）磷壁酸：為革蘭陽性菌細胞壁特殊成分，分為壁磷壁酸和膜磷壁酸兩種。磷壁酸有很強的抗原性，是革蘭陽性菌重要的表面抗原，可用于細菌的血清學分型。

（3）外膜層：為革蘭陰性菌細胞壁特殊成分。位于細胞壁肽聚糖的外側，由脂多糖、脂質雙層（磷脂）、脂蛋白三部分組成。

革蘭陽性菌和革蘭陰性菌的細胞壁結構顯著不同，革蘭陽性細菌細胞壁較厚，肽聚糖含量豐富，各層肽聚糖之間通過五肽交聯(lián)橋與四肽側鏈交聯(lián)，構成三維立體網格，使細胞壁堅韌致密。與此相比，革蘭陰性菌細胞壁較薄，肽聚糖含量少，而且肽聚糖層之間由四肽側鏈直接交聯(lián)，形成二維結構。除染色性外，兩者在抗原性、毒性、對某些藥物的敏感性等方面都有很大差異。

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