Kehadiran membran luar dan kepemilikan hanya beberapa lapis peptidoglikan di dinding sel membedakan bakteri Gram-negatif dari Gram-positif. Lipid kovalen terkait dengan protein yang disebut lipoprotein adalah molekul yang mengikat peptidoglikan ke membran luar. Peptidoglikan ini terletak di periplasm, ruang berisi cairan yang terletak antara membran plasma dan membran luar. Sebuah jumlah yang tinggi enzim degradatif dan protein transpor ditemukan di periplasma.
Tidak seperti dinding sel Gram-positif, kita tidak dapat menemukan asam teichoic di dinding sel Gram-negatif. Selain itu, dinding sel bakteri Gram-negatif lebih rentan terhadap kerusakan mekanis karena jumlah rendah dari peptidoglikan. (Shagam 2006; Wheelis 2007)
Membran luar dari bakteri Gram-negatif terdiri dari lipopolisakarida (LPS), fosfolipid, dan lipoprotein. Hal ini memainkan peran yang sangat penting dalam kelangsungan hidup bakteri di bawah tekanan lingkungan. Misalnya, mencegah seluruh bakteri dari yang phagocytosed (misalnya oleh makrofag) karena muatan negatif yang kuat. Mekanisme menghindari fagositosis melibatkan jalur biokimia yang kompleks yang bukan ruang lingkup artikel ini. Selain itu, membran luar berfungsi sebagai penghalang bagi bakteri terhadap efek merusak dari berbagai antibiotik (misalnya eritromisin, pe-nisilin, amoksisilin), enzim pencernaan seperti enzim lisosom, logam berat, zat deterjen, garam empedu, dan beberapa pewarna. (Shagam 2006; Wheelis 2007).
Hal ini, bagaimanapun, perlu bahwa membran luar tidak benar-benar membatasi ke pintu masuk molekul karena dapat membahayakan kesehatan bakteri jika nutrisi penting tidak bisa masuk sitoplasma. Membran luar sebenarnya permeabel terhadap nutrisi karena adanya porins, protein yang membentuk saluran menuju sitoplasma. Porins memungkinkan masuknya molekul berharga, seperti disakarida, nukleotida, peptida, asam amino, zat besi, dan vitamin B12 tetapi mencegah masuknya molekul lain, terutama yang lebih besar.
Komponen polisakarida LPS membran luar yang berfungsi sebagai antigen bakteri dan sangat membantu dalam mengidentifikasi spesies bakteri Gram-negatif di laboratorium. Ada tes laboratorium tertentu yang mendeteksi antigen spesifik untuk spesies tunggal. Para LPS karena itu cukup berarti dalam diagnosis medis infeksi patogen. (Shagam 2006; Wheelis 2007).
