เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ ชั้นใน และผนังเซลล์ของแบคทีเรียในแบคทีเรียแกรมลบ จะมี เยื่อหุ้มชั้นนอกรวมอยู่ด้วย^{[ 1 ]}เยื่อหุ้มนี้ไม่มีอยู่ในMollicutesซึ่งไม่มีผนังเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรียแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ ประเภท แกรมบวกซึ่งย้อมติดสีม่วงเมื่อทำการย้อมสีแกรม และประเภทแกรมลบซึ่งย้อมติดสีชมพูเมื่อทำการย้อมสีแกรม แบคทีเรียทั้งสองประเภทอาจมี แคปซูลโพ ลี แซ็ก คาไรด์ ห่อหุ้มเพื่อเพิ่มการป้องกัน โดยรวมแล้วแบคทีเรียเหล่านี้เรียกว่าแบคทีเรียที่มีแคปซูลโพลีแซ็กคาไรด์

เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ผนังเซลล์ของแบคทีเรียให้ความแข็งแรงทางโครงสร้างแก่เซลล์ ในโปรคาริโอตหน้าที่หลักของผนังเซลล์คือการปกป้องเซลล์จากแรงดันเต่ง ภายใน ที่เกิดจากความเข้มข้นของโปรตีนและโมเลกุลอื่นๆ ภายในเซลล์ที่สูงกว่าสิ่งแวดล้อมภายนอกมาก ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ตรงที่มีเพปติโดไกลแคน (โพลี- เอ็น -อะเซทิ ลกลูโคซามีนและเอ็น -อะเซทิ ลมูรามิคแอซิด) ซึ่งอยู่ด้านนอกของเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมโดยตรงเพปติโดไกลแคนมีหน้าที่ทำให้ผนังเซลล์แบคทีเรียแข็งแรงและกำหนดรูปร่างของเซลล์ มันค่อนข้างมีรูพรุนและไม่ถือว่าเป็นสิ่งกีดขวางการซึมผ่านของสารขนาดเล็ก แม้ว่าผนังเซลล์ของแบคทีเรียทั้งหมด (ยกเว้นบางชนิด เช่น ปรสิตภายในเซลล์อย่างไมโคพลาสมา ) จะมีเพปติโดไกลแคน แต่โครงสร้างโดยรวมของผนังเซลล์ไม่ได้เหมือนกันทั้งหมด ซึ่งเห็นได้ชัดเจนจากการจำแนกประเภทเป็นแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบ

ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมบวกมีลักษณะเฉพาะคือมีชั้นเพปติโดไกลแคนหนามาก ซึ่งเป็นส่วนที่กักเก็บสีย้อมคริสตัลไวโอเลตไว้ในระหว่าง กระบวนการ ย้อมแกรมพบได้เฉพาะในสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในกลุ่มแอคติโนไมซีโตตา (หรือแบคทีเรียแกรมบวกที่มีเปอร์เซ็นต์ G+C สูง) และกลุ่มบาซิลโลตา (หรือแบคทีเรียแกรมบวกที่มีเปอร์เซ็นต์ G+C ต่ำ) แบคทีเรียในกลุ่มดีโนค็อกโคตาอาจแสดงพฤติกรรมการย้อมแกรมบวกได้เช่นกัน แต่มีโครงสร้างผนังเซลล์บางส่วนที่เป็นลักษณะเฉพาะของแบคทีเรียแกรมลบ ภายในผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมบวกมีโพลีแอลกอฮอล์ที่เรียกว่ากรดเทอิโคอิกซึ่งบางส่วนเชื่อมต่อกับไขมันเพื่อสร้างกรดไลโปเทอิโคอิกเนื่องจากกรดไลโปเทอิโคอิกเชื่อมต่อกับไขมันในเยื่อหุ้มไซโตพลาสมิกด้วยพันธะโควาเลน ต์ จึงทำหน้าที่เชื่อม ต่อเพปติโดไกลแคน กับ เยื่อ หุ้มไซโตพลาสมิก กรดเทอิโคอิกทำให้ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมบวกมีประจุลบโดยรวม เนื่องจากมีพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ระหว่างโมโนเมอร์ของกรดเทอิโคอิก

ภายนอกผนังเซลล์ แบคทีเรียแกรมบวกหลายชนิดมีชั้น S-layerที่ประกอบด้วยโปรตีนเรียงตัวเป็นแถว ชั้น S-layer ช่วยในการยึดเกาะและการสร้างไบโอฟิล์ม ด้านนอกของชั้น S-layer มักจะมีแคปซูลที่ประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ แคปซูลนี้ช่วยให้แบคทีเรียหลีกเลี่ยงการถูกฟาโกไซโท ซิสโดยโฮสต์ ในการเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ ชั้น S-layer และแคปซูลมักจะหายไปเนื่องจากวิวัฒนาการแบบลดทอน (การสูญเสียลักษณะเฉพาะในกรณีที่ไม่มีการคัดเลือกเชิงบวก)

ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบมี ชั้น เพปติโดไกลแคน บางกว่า ที่อยู่ติดกับเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมเมื่อเทียบกับผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมบวก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ผนังเซลล์ไม่สามารถกักเก็บสีคริสตัลไวโอเลตไว้ได้เมื่อทำการล้างสีด้วยเอทานอลในระหว่างการย้อมแกรมนอกจาก ชั้น เพปติโดไกลแคนแล้ว ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบยังประกอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นนอกอีกชั้นหนึ่งซึ่งประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดและลิโปโพลีแซคคาไรด์ที่หันเข้าสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกลิโปโพลีแซคคาไรด์มีประจุสูงจึงทำให้ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบมีประจุลบโดยรวม โครงสร้างทางเคมีของลิโปโพลีแซคคาไรด์ ในเยื่อหุ้มชั้นนอก มักมีลักษณะเฉพาะสำหรับสายพันธุ์แบคทีเรียเฉพาะ (เช่น สายพันธุ์ย่อย) และเป็นสาเหตุของ คุณสมบัติ ทางแอนติเจน หลายประการ ของสายพันธุ์เหล่านั้น

เนื่องจากเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดสองชั้น ส่วนที่เป็นไขมันจึงไม่สามารถซึมผ่านโมเลกุลที่มีประจุได้เกือบทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกมีช่องที่เรียกว่าพอรินซึ่งช่วยให้ไอออนน้ำตาลและกรดอะมิโนหลายชนิดสามารถเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกได้โดยอาศัยพลังงาน โมเลกุลเหล่านี้จึงพบได้ในเพริพลาสม์ซึ่งเป็นบริเวณระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกเพริพลาสม์ประกอบด้วยชั้นเพปติโดไกลแคนและโปรตีนหลายชนิดที่ทำหน้าที่จับหรือไฮโดรไล ซิสสารตั้งต้น และรับสัญญาณจากภายนอกเซลล์ เชื่อกันว่าเพริพลาสม์มีลักษณะเป็นเจลมากกว่าของเหลว เนื่องจากมีความเข้มข้นของโปรตีนและเพปติโดไกลแคน สูง เนื่องจากตำแหน่งที่ตั้งอยู่ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นในและชั้นนอก สัญญาณที่ได้รับและสารตั้งต้นที่จับอยู่จึงพร้อมที่จะถูกขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นในโดยใช้โปรตีนขนส่งและส่งสัญญาณที่ฝังอยู่ภายในนั้น

ในธรรมชาติ แบคทีเรียแกรมลบที่ไม่สามารถเพาะเลี้ยงได้หลายชนิดก็มีชั้น Sและแคปซูลเช่นกัน โครงสร้างเหล่านี้มักจะหายไปในระหว่างการเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ

ไมโคแบคทีเรีย ( แบคทีเรีย ทนกรด ) มีเยื่อหุ้มเซลล์ที่ไม่เหมือนแบคทีเรียแกรมบวกหรือแกรมลบ เยื่อหุ้มเซลล์ของไมโคแบคทีเรียไม่ได้ประกอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นนอกที่เป็นลักษณะเฉพาะของแบคทีเรียแกรมลบ แต่มีโครงสร้างผนังเซลล์เพปติโดไกลแคน-อะราบิโนกาแลคแทน-กรดไมโคลิกจำนวนมากซึ่งทำหน้าที่เป็นกำแพงกั้นการซึมผ่านจากภายนอก ดังนั้นจึงเชื่อว่ามีช่องว่าง 'ซูโดเพริพลาสม์' ที่แตกต่างกันระหว่างเยื่อหุ้มไซโตพลาสมิกและกำแพงกั้นชั้นนอกนี้ ลักษณะของช่องว่างนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก^{[ 2 ]}แบคทีเรียทนกรดเช่นไมโคแบคทีเรียทนต่อการล้างสีด้วยกรดในระหว่างขั้นตอนการย้อมสี ปริมาณ กรดไมโคลิก สูง ในไมโคแบคทีเรียเป็นสาเหตุของรูปแบบการย้อมสีที่มีการดูดซับต่ำตามด้วยการคงอยู่สูง เทคนิคการย้อมสีที่ใช้กันทั่วไปในการระบุแบคทีเรียทนกรดคือการย้อมสี Ziehl–Neelsenหรือการย้อมสีทนกรด ซึ่งแบคทีเรียทนกรดจะถูกย้อมเป็นสีแดงสดและโดดเด่นชัดเจนบนพื้นหลังสีน้ำเงิน

แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ภายในเซลล์ในวงศ์Chlamydiaceaeมีลักษณะเฉพาะในด้านสัณฐานวิทยา เนื่องจากไม่มีเพปติโดไกลแคนในปริมาณที่ตรวจพบได้ในผนังเซลล์ของรูปแบบที่ก่อให้เกิดการติดเชื้อ^{[ 3 ]}ในทางกลับกัน รูปแบบภายนอกเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบเหล่านี้รักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างโดยอาศัยชั้นของโปรตีนที่อุดมด้วยซิสเทอีนซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์ ซึ่งอยู่ระหว่างเยื่อหุ้มไซโตพลาสมิกและเยื่อหุ้มชั้นนอกในลักษณะที่คล้ายคลึงกับชั้นเพปติโดไกลแคนในแบคทีเรียแกรมลบอื่นๆ^{[ 4 ]}ในรูปแบบภายในเซลล์ของแบคทีเรียจะไม่พบการเชื่อมโยงแบบไดซัลไฟด์ ซึ่งทำให้รูปแบบนี้เปราะบางทางกลมากกว่า

เยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรียในกลุ่มมอลลิคิวต์ไม่มีผนังเซลล์^{[ 5 ]}แบคทีเรียก่อโรคหลักในกลุ่มนี้คือไมโคพลาสมาและยูเรียพลาสมา^{[ 5 ]}

แบคทีเรีย L-formเป็นสายพันธุ์แบคทีเรียที่ไม่มีผนังเซลล์ซึ่งได้มาจากแบคทีเรียที่ปกติมีผนังเซลล์^{[ 6 ]}

• ซองไวรัส