Zellhülle
Die gram-positive ZellwandBearbeiten
Die gram-positive Zellwand ist durch das Vorhandensein einer sehr dicken Peptidoglykanschicht gekennzeichnet, die für die Retention der Kristallviolett-Farbstoffe während des Gram-Färbeverfahrens verantwortlich ist. Sie kommt ausschließlich bei Organismen vor, die zu den Actinobacteria (oder gram-positiven Organismen mit hohem %G+C) und den Firmicutes (oder gram-positiven Organismen mit niedrigem %G+C) gehören. Bakterien der Deinococcus-Thermus-Gruppe können ebenfalls ein grampositives Färbeverhalten aufweisen, enthalten jedoch einige Zellwandstrukturen, die für gramnegative Organismen typisch sind. In der gram-positiven Zellwand befinden sich Polyalkohole, so genannte Teichoinsäuren, von denen einige zu Lipoteichoinsäuren verknüpft sind. Da Lipoteichonsäuren kovalent an Lipide innerhalb der Zytoplasmamembran gebunden sind, sind sie für die Verbindung des Peptidoglycans mit der Zytoplasmamembran verantwortlich. Teichoinsäuren verleihen der gram-positiven Zellwand eine negative Gesamtladung aufgrund der Phosphodiesterbindungen zwischen den Teichoinsäuremonomeren.
Außerhalb der Zellwand haben viele gram-positive Bakterien eine S-Schicht aus „gekachelten“ Proteinen. Die S-Schicht unterstützt die Anheftung und Biofilmbildung. Außerhalb der S-Schicht befindet sich häufig eine Kapsel aus Polysacchariden. Die Kapsel hilft dem Bakterium, sich der Phagozytose des Wirts zu entziehen. In Laborkulturen gehen die S-Schicht und die Kapsel oft durch reduktive Evolution verloren (der Verlust eines Merkmals bei fehlender positiver Selektion).
Die gramnegative ZellwandBearbeiten
Die gram-negative Zellwand enthält eine dünnere Peptidoglykanschicht neben der Zytoplasmamembran als die gram-positive Wand, die dafür verantwortlich ist, dass die Zellwand die Kristallviolettfärbung bei der Entfärbung mit Ethanol während der Gram-Färbung nicht halten kann. Neben der Peptidoglykanschicht enthält die gramnegative Zellwand eine zusätzliche äußere Membran, die aus Phospholipiden und Lipopolysacchariden besteht und der äußeren Umgebung zugewandt ist. Die stark geladenen Lipopolysaccharide verleihen der gramnegativen Zellwand eine insgesamt negative Ladung. Die chemische Struktur der Lipopolysaccharide der äußeren Membran ist oft einzigartig für bestimmte Bakterienstämme (d.h. Unterarten) und ist für viele der antigenen Eigenschaften dieser Stämme verantwortlich.
Als Phospholipid-Doppelschicht ist der Lipidteil der äußeren Membran für alle geladenen Moleküle weitgehend undurchlässig. Allerdings sind in der äußeren Membran Kanäle, so genannte Porine, vorhanden, die den passiven Transport vieler Ionen, Zucker und Aminosäuren durch die äußere Membran ermöglichen. Diese Moleküle befinden sich daher im Periplasma, dem Bereich zwischen der Plasmamembran und der äußeren Membran. Das Periplasma enthält die Peptidoglykanschicht und viele Proteine, die für die Substratbindung oder -hydrolyse und den Empfang extrazellulärer Signale verantwortlich sind. Man geht davon aus, dass das Periplasma aufgrund der hohen Konzentration von Proteinen und Peptidoglykanen eher in einem gelartigen Zustand als in einer Flüssigkeit vorliegt. Da es zwischen der zytoplasmatischen und der äußeren Membran liegt, können empfangene Signale und gebundene Substrate mit Hilfe von Transport- und Signalproteinen, die dort eingebettet sind, durch die zytoplasmatische Membran transportiert werden.
In der Natur haben viele nicht kultivierte gramnegative Bakterien auch eine S-Schicht und eine Kapsel. Diese Strukturen gehen bei der Kultivierung im Labor oft verloren.
Mykobakterien (säurefeste Bakterien)
Die Mykobakterien haben eine Zellhülle, die nicht typisch für Gram-Positive oder Gram-Negative ist. Die mykobakterielle Zellhülle besteht nicht aus der für gramnegative Bakterien charakteristischen äußeren Membran, sondern hat eine bedeutende Peptidoglykan-Arabinogalaktan-Mykolsäure-Wandstruktur, die eine Barriere für die äußere Durchlässigkeit bildet. Daher geht man davon aus, dass es zwischen der Zytoplasmamembran und dieser äußeren Barriere ein ausgeprägtes „Pseudoperiplasma“-Kompartiment gibt. Die Beschaffenheit dieses Kompartiments ist nicht genau bekannt. Säurefeste Bakterien sind wie Mykobakterien resistent gegen die Entfärbung durch Säuren bei Färbeverfahren. Der hohe Mykolsäuregehalt von Mykobakterien ist für das Färbemuster mit geringer Absorption und anschließender starker Retention verantwortlich. Die gebräuchlichste Färbetechnik zur Identifizierung säurefester Bakterien ist die Ziehl-Neelsen-Färbung, bei der die säurefesten Bazillen leuchtend rot gefärbt werden und sich deutlich von einem blauen Hintergrund abheben.
Bakterien ohne ZellwandEdit
Die obligat intrazellulären Bakterien der Familie Chlamydiaceae sind in ihrer Morphologie einzigartig, da sie keine nachweisbaren Mengen an Peptidoglykanen enthalten. Die extrazellulären Formen dieser gramnegativen Bakterien behalten jedoch ihre strukturelle Integrität aufgrund einer Schicht aus disulfidisch vernetzten, cysteinreichen Proteinen, die sich analog zur Peptidoglykanschicht in anderen gramnegativen Bakterien zwischen der zytoplasmatischen Membran und der äußeren Membran befindet. In den intrazellulären Formen des Bakteriums fehlt die Disulfidvernetzung, was diese Form mechanisch zerbrechlicher macht.
Die Zellhüllen der bakteriellen Klasse der Mollicutes haben keine Zellwand. Die wichtigsten pathogenen Bakterien dieser Klasse sind Mykoplasmen und Ureaplasmen.
Bakterien der L-Form sind Bakterienstämme, denen die Zellwand fehlt und die von Bakterien abstammen, die normalerweise eine Zellwand besitzen.