Todas las bacterias salvo unas pocas están encerradas en una pared de peptidoglicano: cadenas alternas de N-acetilglucosamina y de ácido N-acetilmurámico, entrecruzadas por péptidos cortos en una sola molécula que rodea la célula y resiste la presión de turgencia — varias atmósferas — del citoplasma. Las bacterias grampositivas tienen una pared gruesa de , de muchas capas, atravesada por ácidos teicoicos; las gramnegativas tienen una pared fina de una o dos capas y, por fuera, una segunda bicapa lipídica, la membrana externa, cuya monocapa exterior es lipopolisacárido (LPS, endotoxina — la molécula que reconoce el sistema inmunitario innato del Capítulo 15 y que causa el choque séptico), y que encierra un periplasma. Las porinas de la membrana externa dejan pasar moléculas pequeñas y excluyen muchos antibióticos. Por fuera puede haber una cápsula de polisacárido contra los fagocitos, flagelos para nadar (Capítulo 9) y pili para la adhesión y la conjugación. Dentro, el cromosoma — una sola molécula circular de en la mayoría de las especies — se pliega en un nucleoide sin membrana, junto a los plásmidos. Algunos géneros (Bacillus, Clostridium) pueden encerrar una copia del cromosoma en una cubierta gruesa como endospora, deshidratada e inerte metabólicamente, que sobrevive a la ebullición, a la radiación y a siglos de sequía y germina cuando vuelven los nutrientes.
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