大多数细菌分为两大类：革兰氏阳性和革兰氏阴性。这些分类基于其细胞壁组成和对革兰氏染色试验的反应。由Hans Christian Gram开发的革兰氏染色法根据细菌细胞壁对某些染料和化学物质的反应来识别细菌。

革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间的差异主要与它们的细胞壁组成有关。革兰氏阳性细菌的细胞壁主要由一种细菌特有的物质组成，称为肽聚糖或murein。革兰氏染色后，这些细菌呈紫色。革兰氏阴性细菌的细胞壁上只有一层薄薄的肽聚糖，外膜上有革兰氏阳性细菌所没有的脂多糖成分。革兰氏阴性菌染色后呈红色或粉红色。

革兰氏阳性菌

革兰氏阳性细菌的细胞壁在结构上与革兰氏阴性细菌的细胞壁不同。细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖。肽聚糖是一种由糖和氨基酸组成的大分子，其结构类似于编织材料。氨基糖成分由N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）和N-乙酰壁酸（NAM）的交替分子组成。这些分子通过短肽交联在一起，短肽有助于提供肽聚糖的强度和结构。肽聚糖为细菌提供保护并确定其形状。

革兰氏阳性细胞壁有几层肽聚糖。肽聚糖的厚层有助于支撑细胞膜，并为其他分子提供附着的场所。厚层也使革兰氏阳性细菌在革兰氏染色过程中保留大部分结晶紫染料，使其呈现紫色。革兰氏阳性细胞壁还含有从质膜延伸至肽聚糖细胞壁的磷壁酸链。这些含糖聚合物有助于维持细胞形状，并在适当的细胞分裂中发挥作用。磷壁酸帮助一些革兰氏阳性细菌感染细胞并引起疾病。

一些革兰氏阳性细菌的细胞壁中还有一种成分，支原体酸。支原体酸产生蜡状外层，为结核分枝杆菌等分枝杆菌提供额外保护。含有支原体酸的革兰氏阳性菌也被称为抗酸菌，因为它们需要一种特殊的染色方法，称为抗酸染色，用于显微镜观察。

致病性革兰氏阳性细菌通过分泌被称为外毒素的有毒蛋白质引起疾病。外毒素在原核细胞内合成并释放到细胞外部。它们是特定于某些细菌污渍的，可对身体器官和组织造成严重损害。一些革兰氏阴性细菌也会产生外毒素。

革兰阳性球菌

革兰氏阳性球菌是指呈球形的革兰氏阳性细菌。葡萄球菌和链球菌是两种革兰氏阳性球菌，以其作为人类病原体的作用而闻名。葡萄球菌呈球形，分裂后细胞成簇出现。链球菌细胞在分裂后表现为长链细胞。皮肤定植的革兰氏阳性球菌包括表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌和化脓性链球菌。

虽然这三种细菌都是正常人类微生物群的一部分，但它们在某些条件下会导致疾病。表皮葡萄球菌形成厚厚的生物膜，可导致与植入医疗器械相关的感染。 一些金黄色葡萄球菌菌株，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），已对抗生素产生耐药性，并可能导致严重疾病的发展。 化脓性链球菌可引起链球菌性咽喉炎、猩红热和食肉病。

革兰氏阴性菌

与革兰氏阳性细菌一样，革兰氏阴性细菌细胞壁由肽聚糖组成。然而，与革兰氏阳性细胞中的厚层相比，肽聚糖是单层的薄层。这一薄层不保留最初的结晶紫染料，但在革兰氏染色过程中吸收了复染的粉红色。革兰氏阴性菌的细胞壁结构比革兰氏阳性菌复杂。位于质膜和薄肽聚糖层之间的是一种凝胶状基质，称为周质空间。与革兰氏阳性细菌不同，革兰氏阴性细菌的外膜层位于肽聚糖细胞壁的外部。膜蛋白，murein脂蛋白，将外膜附着在细胞壁上。

革兰氏阴性细菌的另一个独特特征是外膜上存在脂多糖（LPS）分子。LPS是一种大型糖脂复合物，可保护细菌免受环境中有害物质的侵害。它也是一种细菌毒素（内毒素），如果进入血液，会引起人类炎症和感染性休克。 LPS有三种成分：脂质A、核心多糖和O抗原。脂质A组分将LPS附着在外膜上。与脂质A相连的是核心多糖。它位于脂质A组分和O抗原之间。O抗原组分附着在核心多糖上，不同细菌种类之间存在差异。它可以用来识别有害细菌的特定菌株。

革兰阴性球菌

革兰氏阴性球菌是指呈球形的革兰氏阴性细菌。奈瑟菌属细菌是导致人类疾病的革兰氏阴性球菌的例子。脑膜炎奈瑟菌是双球菌，这意味着它的球形细胞在细胞分裂后仍然成对存在。脑膜炎奈瑟菌可引起细菌性脑膜炎，也可引起败血症和休克。

另一种双球菌，淋病奈瑟菌，是性传播疾病淋病的病原体。 卡他莫拉菌是一种革兰氏阴性双球菌，可引起儿童耳朵感染、上呼吸道感染、心内膜炎和脑膜炎.

革兰氏阴性球菌的细菌形状介于球形和棒状之间。嗜血杆菌属和不动杆菌属的细菌是引起严重感染的球杆菌。流感嗜血杆菌可引起脑膜炎、鼻窦感染和肺炎。 不动杆菌引起肺炎和伤口感染。

要点：革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌

• 大多数细菌可大致分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。
• 革兰氏阳性细菌的细胞壁由厚层的肽聚糖组成。
• 当进行革兰氏染色程序时，革兰氏阳性细胞呈紫色。
• 革兰氏阴性细菌的细胞壁上有一薄层肽聚糖。细胞壁还包括一层外膜，外膜上附着着脂多糖（LPS）分子。
• 当进行革兰氏染色程序时，革兰氏阴性细菌呈粉红色。
• 虽然革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都产生外毒素，但只有革兰氏阴性菌产生内毒素。

其他参考资料

• Silhavy，T.J.等人，《细菌细胞包膜》，《生物学中的冷泉港透视》，第2卷，第5期，2010年，doi:10.1101/CSHPPerspect.a000414。
• Swoboda，Jonathan G.等人，“壁磷壁酸功能、生物合成和抑制”，《化学生物化学》，第11卷，第1期，2009年6月，第35-45页，doi:10.1002/cbic.200900557。