細胞壁的生合成、重塑和降解是細菌生理學的核心議題，也是抗菌藥物開發最成功的靶點領域。
肽聚醣的生合成路徑
細胞質階段：
- MurA：催化 PEP 與 UDP-NAG 縮合為 UDP-NAG-enolpyruvate（磷黴素的靶點）
- MurB：還原為 UDP-NAM
- MurC-F：依序加上 L-Ala → D-Glu → meso-DAP（或 L-Lys）→ D-Ala-D-Ala，形成 UDP-NAM-pentapeptide
- D-Ala-D-Ala 由 Ddl 連接酶合成（D-cycloserine 靶點），D-Ala 由 Alr 消旋酶產生
膜階段：
5. MraY：將 NAM-pentapeptide 轉移到 undecaprenol phosphate（C₅₅-P）→ Lipid I
6. MurG：加上 NAG → Lipid II（tunicamycin 可抑制此步驟的真核同源反應）
7. MurJ（flippase）/FtsW：將 Lipid II 翻轉到膜外側
膜外階段：
8. 轉醣酶（TGase, SEDS family protein RodA/FtsW）：聚合醣鏈
9. 轉肽酶（TPase/PBP）：交聯肽鏈，活性位 Ser 被 β-lactam 共價修飾
PBP 與 β-Lactam 抗藥性
PBPs 分為高分子量（HMW）Class A（具 TGase + TPase 雙功能）和 Class B（僅 TPase），以及低分子量（LMW）的 DD-carboxypeptidase 和 endopeptidase。
MRSA 的核心抗藥機制：mecA 基因（位於 SCCmec 基因體島上）編碼 PBP2a，其活性位構型改變使 β-lactam 親和力極低。PBP2a 的活化需要脂磷壁酸的結構修飾（LTA 合成酶 LtaS 是潛在新靶點）。
VRE 的 vanA 操縱子：VanH（D-Lac 脫氫酶）+ VanA（D-Ala-D-Lac 連接酶）+ VanX（D-Ala-D-Ala 二肽酶）將肽鏈末端從 D-Ala-D-Ala 改為 D-Ala-D-Lac，萬古黴素結合親和力降低 1000 倍。
外膜的分子組裝
G- 菌外膜的 LPS 運輸：LPS 在內膜合成後，由 MsbA（ABC transporter）翻轉到內膜外葉 → Lpt 系統（LptB₂FGC 在內膜提取 LPS → LptA 橋接周質 → LptDE 在外膜插入 LPS 到外葉）。Lpt 途徑是 murepavadin 等新型抗生素的靶點。
OMP 的外膜插入由 BAM 複合體（BamABCDE）催化。BamA 是 β-barrel 蛋白，其 POTRA 結構域接收周質 chaperones（SurA、Skp）遞送的 unfolded OMPs。BAM 介導的 OMP 折疊和插入機制仍有爭議——lateral gate 模型 vs budding 模型。
非典型細胞壁
分枝桿菌的細胞壁為「三明治」結構：肽聚醣 → 阿拉伯半乳聚醣（AG, arabinogalactan）→ 黴菌酸（mycolic acids, C₆₀-C₉₀ 長鏈脂肪酸）。此疏水屏障使結核桿菌的膜通透性僅 E. coli 的 1/100。Isoniazid 抑制 InhA（黴菌酸合成的 FAS-II enoyl-ACP reductase）；Ethambutol 抑制阿拉伯轉移酶 EmbCAB。
Planctomycetes 和 Chlamydiae 缺乏肽聚醣但不使用固醇，以蛋白質外衣或高度交聯的外膜蛋白維持結構——挑戰了「所有細菌都需要肽聚醣」的傳統教條。