细菌细胞的一般构造——细胞壁（三）

革兰阴性菌细胞壁与革兰阳性菌明显不同。革兰阳性菌以厚肽聚糖层为主要特征，而革兰阴性菌的肽聚糖层较薄，但在其外侧还有外膜结构，内外膜之间存在周质空间。因此，革兰阴性菌的细胞包膜是一个多层、复杂、具有屏障功能的系统。经典研究将革兰阴性菌细胞包膜概括为：细胞质膜、周质空间、薄肽聚糖层和含脂多糖的外膜共同构成保护性结构。

革兰阴性菌细胞壁的意义不仅在于维持形态，还在于控制物质进入、抵抗胆盐和染料、影响抗生素敏感性、决定部分抗原性，并参与宿主免疫反应。食品微生物检验和培养基研发中常利用革兰阴性菌对胆盐、结晶紫、去氧胆酸盐等选择剂的相对耐受性，设计肠道菌群、肠杆菌科或特定致病菌的选择性培养基。

一、革兰阴性菌细胞壁的总体特点

革兰阴性菌细胞壁常被描述为“薄而复杂”。“薄”主要指肽聚糖层薄；“复杂”则来自外膜、脂多糖、外膜蛋白、脂蛋白和周质空间等结构。OpenStax 微生物学资料指出，革兰阴性细胞的肽聚糖层比革兰阳性细胞薄得多，并在肽聚糖外侧具有第二层脂质双层，即外膜。

因此，革兰阴性菌不是“细胞壁弱所以容易受外界影响”，相反，许多革兰阴性菌依靠外膜形成有效屏障，对胆盐、去污剂、部分抗生素和疏水性物质具有较强耐受性。

二、革兰阴性菌的肽聚糖层

革兰阴性菌也含肽聚糖，这是维持细胞形态和抵抗渗透压的关键结构。以大肠埃希氏菌为例，其肽聚糖同样由 N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸和短肽侧链构成，与革兰阳性菌肽聚糖具有共同基本框架。

不过，革兰阴性菌肽聚糖层通常较薄，交联方式也与许多革兰阳性菌不同。以大肠埃希氏菌为代表，其短肽侧链中第三位氨基酸常为内消旋二氨基庚二酸，而不是赖氨酸；肽链之间多为直接交联，通常没有金黄色葡萄球菌那样明显的五甘氨酸肽桥。

原文中“缺少特殊肽桥，多数侧链呈游离状态”应理解为：革兰阴性菌肽聚糖交联方式通常比某些革兰阳性菌简单，肽聚糖层也较薄，但并不是没有交联，也不是完全松散的网状结构。若肽聚糖合成或交联受阻，革兰阴性菌同样会出现形态异常、裂解或生长受抑。

三、外膜：革兰阴性菌的关键屏障

外膜是革兰阴性菌区别于革兰阳性菌的重要结构。它位于肽聚糖层外侧，是一种不对称脂质双层：内叶主要含磷脂，外叶富含脂多糖。外膜上还嵌有多种外膜蛋白，参与物质运输、营养摄取、受体识别和环境适应。

外膜的重要作用是屏障。研究指出，脂多糖位于革兰阴性菌外膜外叶，并对阻止疏水性物质、某些抗生素和去污剂被动扩散进入细胞具有关键作用。 这也是很多革兰阴性菌对某些抗菌物质天然不敏感的重要原因之一。

四、脂多糖：外膜外叶的重要分子

脂多糖是革兰阴性菌外膜最具代表性的成分，通常由脂质 A、核心多糖和 O 特异性侧链三部分组成。脂质 A 锚定在外膜中，是内毒素活性的主要结构基础；核心多糖连接脂质 A 与 O 抗原；O 特异性侧链位于最外侧，常与血清分型和菌株抗原差异有关。

脂多糖既是结构分子，也是重要的免疫刺激分子。对食品致病菌检测而言，沙门氏菌、大肠埃希氏菌 O157、志贺氏菌等革兰阴性菌的 O 抗原常用于血清学鉴定或分型。

五、脂质 A 与内毒素

内毒素主要与革兰阴性菌脂多糖中的脂质 A 相关。革兰阴性菌死亡、裂解或细胞外膜成分释放时，脂多糖可被宿主免疫系统识别，引发炎症反应。脂质 A 的结构差异会影响内毒素活性强弱。相关综述指出，脂质 A 在内毒素免疫活性中具有核心作用。

需要注意，内毒素不是细菌主动分泌的典型外毒素，也不等同于所有细菌毒力。它是革兰阴性菌外膜结构的一部分，其风险与菌量、释放状态、宿主反应和应用场景有关。

六、外膜蛋白：通道、受体和结构支撑

外膜蛋白是嵌入外膜中的蛋白质，种类很多。原文提到“二十余种”可作为早期教学概括，但不同菌种、环境和生长状态下外膜蛋白组成差异很大。外膜蛋白中最常被讨论的是孔蛋白，它们形成水相通道，使某些小分子可以通过外膜。

孔蛋白数量和通透性会影响培养基中营养物质、显色底物、染料、胆盐和抗菌物质进入细胞的效率。因此，外膜蛋白差异可能造成同一培养基上不同菌株生长速度、显色强度或抑制敏感性不同。

七、脂蛋白：连接外膜与肽聚糖

革兰阴性菌外膜并不是漂浮在细胞表面，而是通过脂蛋白等结构与肽聚糖层形成连接。其中经典的 Braun 脂蛋白可将外膜与肽聚糖连接，增强细胞包膜稳定性。脂蛋白对维持细胞形态、外膜完整性和抗外界压力具有重要意义。

对培养基研发而言，如果选择剂或表面活性剂破坏外膜稳定性，目标革兰阴性菌可能出现生长受抑、菌落变小或显色反应减弱。

八、周质空间：不是空隙，而是功能区

周质空间位于革兰阴性菌外膜和细胞质膜之间，包含肽聚糖层和多种周质蛋白。它不是简单的“狭窄空隙”，而是具有酶促反应、营养结合、物质运输、解毒和细胞壁代谢功能的胶状区域。研究综述将周质描述为革兰阴性菌两层膜之间的多功能空间。

某些 β-内酰胺酶位于周质空间，可在抗生素到达靶点前将其水解，这是革兰阴性菌耐药机制中的重要一环。

九、革兰阴性菌外膜与选择性培养基

许多选择性培养基利用革兰阴性菌外膜和脂多糖屏障带来的耐受性差异。例如，胆盐、去氧胆酸盐和结晶紫常用于抑制许多革兰阳性菌，同时允许部分革兰阴性肠道菌生长。但这种选择性并不绝对，不同革兰阴性菌对胆盐、染料、表面活性剂和抗生素的敏感性差异很大。

因此，在研发革兰阴性菌选择性培养基时，需要平衡“抑制背景菌”和“保护目标菌恢复”。选择压力过强，可能使受损目标菌无法形成典型菌落；选择压力过弱，则背景菌突破抑制。

十、革兰阴性菌与革兰阳性菌细胞壁比较

这类结构差异是革兰染色、选择性培养基、药敏差异和致病机制的重要基础。

十一、常见误区

第一，认为革兰阴性菌细胞壁只是“薄”。准确说法是肽聚糖层薄，但细胞包膜层次更多，外膜屏障功能强。

第二，认为肽聚糖薄就代表革兰阴性菌更脆弱。外膜、脂蛋白和周质结构共同增强了革兰阴性菌对外界环境的适应能力。

第三，认为脂多糖是一层普通多糖。脂多糖是外膜外叶的重要分子，由脂质 A、核心多糖和 O 特异性侧链组成。

第四，认为所有脂多糖活性一样。不同细菌脂质 A 和 O 抗原结构不同，免疫活性和抗原性也不同。

第五，认为孔蛋白会让所有物质自由进入。孔蛋白对分子大小、性质和特定底物具有选择性。

第六，认为周质空间只是细胞壁之间的空白区域。周质空间含有多种酶和结合蛋白，是重要功能区。

第七，认为革兰阴性菌都能耐受所有胆盐和染料。不同菌种和菌株耐受性差异明显，受损菌尤其容易被选择剂抑制。

第八，认为外膜只影响药物敏感性。外膜还影响营养摄取、显色底物进入、噬菌体吸附、抗原性和环境适应。

十二、小结

革兰阴性菌细胞壁的典型特点是肽聚糖层薄、结构层次多、外膜复杂，并具有明显周质空间。其肽聚糖层虽薄，但仍负责维持细胞形态和抵抗渗透压；外膜由脂多糖、磷脂和外膜蛋白构成，是革兰阴性菌重要的通透屏障；脂多糖由脂质 A、核心多糖和 O 特异性侧链组成，其中脂质 A 是内毒素活性的主要结构基础；外膜蛋白和孔蛋白调控小分子、营养物和部分抗菌物质进入；周质空间则含有多种水解酶、运输蛋白和细胞壁相关酶，是革兰阴性菌重要的功能区。对培养基研发和食品微生物检验而言，理解革兰阴性菌细胞壁结构，有助于解释胆盐、染料、抗生素、显色底物和选择性培养基对不同菌株的作用差异。