細菌の細胞壁の構成

ペプチドグリカン

大多数の真細菌の薄い細胞膜の外側には、ムレイン（ペプチドグリカン）と呼ばれる細胞壁が存在します。ペプチドグリカンは、二つのアミノ糖と、そこから伸びる5つのアミノ酸からなる鎖で構成されます。アミノ糖は、炭素原子のヒドロキシ基がアミン基に置換された糖です。ペプチドグリカンの単位は、アミノ糖同士が脱水縮合によりグリコシド結合で連結し、さらに伸びたアミノ酸同士がペプチド結合で交差結合します。

グラム染色

細胞壁の構造は細菌の同定・分類に頻繁に利用されます。グラム染色は、結晶紫（またはメチレンブルー）で染色し、続いてヨウ素液で固定、エタノール・アセトン混合の脱色剤で処理し、最後にサフラニン（またはフチシン）で対染色します。厚い細胞壁を持つグラム陽性菌（例：Staphylococcus aureus）は結晶紫‑ヨウ素複合体を保持し紫色に、薄い細胞壁のグラム陰性菌（例：Escherichia coli）は脱色されピンク色に観察されます。

抗酸染色

一部の医療上重要な菌は、細胞壁にワックス状の被膜を持ち、グラム染色では弱い陽性結果を示します。代表的なものはMycobacterium属で、らい病や結核の原因菌です。抗酸染色では、カーボフチシンで染色後、酸アルコールで脱色し、メチレンブルーで対染色します。酸に耐性のある菌は赤色のまま残り、紫色背景に赤く映ります。

ペニシリン

多くの抗生物質は細菌の細胞壁合成を阻害しますが、代表的なのがペニシリンです。細菌はペプチドグリカン鎖を切断し、二分裂後に新しい鎖と再結合させて成長します。ペニシリンはこの再結合に関与する酵素（トランスペプチダーゼ）を阻害し、弱い細胞膜に対する張力が破裂を引き起こします。ヒトや他の真核生物はペプチドグリカンを持たないため、選択的に菌だけを殺しますが、ペニシリンアレルギーは重篤な反応を起こすことがあります。

ペニシリン分解酵素（ペニシリン酵素）

ペニシリンはペニシリウム属のカビが産生する天然化合物です。そのため、いくつかの細菌はペニシリンを分解する酵素（ペニシリン酵素）を獲得しました。ペニシリン酵素はペニシリン分子のβ‑ラクタム環を切断し、活性を失わせます。この酵素はプラスミド上の遺伝子としてコードされ、細菌間で水平伝播します。抗生物質の過剰使用により、ペニシリン酵素産生菌が増加しています。

ペプチドグリカンを持たない細菌

Mycoplasma属は細胞壁を全く持たない唯一の細菌です。代わりにステロールを細胞膜に組み込み、膜の強度を補いますが、ステロールは宿主から取り込む必要があります。また、Chlamydia属はペプチドグリカンの代わりにタンパク質層を使用しています。