Peptidoglycan ist eine Art von Polymer, das in den Zellwänden von Bakterien vorkommt. Dieses Polymer ist für das als Gram-Färbung bekannte Phänomen verantwortlich, bei dem bestimmte Bakterienarten eine satte violette Farbe annehmen, wenn sie einem kristallvioletten Farbstoff ausgesetzt werden, und es erfüllt eine Reihe wichtiger biologischer Funktionen für die von ihm umhüllten Organismen. Das Gram-Färbungsverfahren ist nicht nur optisch sehr interessant, sondern kann auch wichtige Informationen über die Struktur der untersuchten Bakterien liefern und als wichtiges Identifizierungsinstrument verwendet werden.
Dieses Polymer, auch Murein genannt, besteht aus vernetzten Ketten von Zuckern und Aminosäuren. Es bildet eine starre Matrix, die zur Integrität des Bakteriums beiträgt. Während Peptidoglycan-Zellwände die Form eines Organismus nicht bestimmen, helfen sie ihm, seine Form zu halten und sicherzustellen, dass er nicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus bieten sie Schutz vor äußeren Kräften, die die Bakterien bedrohen könnten, wie zum Beispiel Antibiotika.
Bei grampositiven Bakterien besteht die Zellwand aus einer sehr dicken Peptidoglycanschicht, die die Farbe einer Gramfärbung deutlich behält. Gram-negative Bakterien haben eine dünnere Peptidoglycanschicht, die von einer Lipidschicht umgeben ist, und sie werden rosa, wenn sie Kristallviolett ausgesetzt werden. Durch die Betrachtung der Farbe eines Bakteriums kann ein Wissenschaftler etwas über die Struktur seiner Zellwand erfahren, was einen Hinweis auf die Identität oder auf Verbindungen geben kann, die zur Eliminierung des Bakteriums verwendet werden könnten.
Neben der Bereitstellung grundlegender Informationen über die Zellwandstruktur kann eine Gram-Färbung auch verwendet werden, um die Struktur eines Bakteriums unter dem Mikroskop sichtbar zu machen. Ein peptidoglykanreicher Organismus wird mit dem Farbstoff hervorgehoben, wodurch ein sehr detailliertes, scharfes und kontrastreiches Bild entsteht, das verwendet werden kann, um Informationen darüber zu sammeln, wie der Organismus im Inneren aussieht. Diese Informationen können verwendet werden, um mehr über die Funktionsweise von Bakterien zu erfahren und zusätzliche Hinweise auf die Identität eines untersuchten Organismus zu erhalten.
Eine ähnliche Verbindung namens Pseudopeptidoglycan oder Pseudomurein ist in der chemischen Struktur ähnlich wie Peptidoglycan, aber nicht identisch. Pseudopeptidoglycan findet sich neben Peptidoglycan in den Zellwänden einiger Bakterien. Dieses Polymer widersteht spezialisierten Enzymen, den sogenannten Lysozymen, die die Zellwand aufbrechen sollen, damit ein Bakterium abstirbt. Bakterien, die Lysozymen widerstehen können, haben eine bessere Chance, dem Angriff eines aktiven Immunsystems zu widerstehen, das es den Organismen ermöglicht, sich auszubreiten.