結構生物化學/酶/可逆抑制劑/競爭性抑制劑/青黴素
青黴素是一種最早被發現並廣泛應用的抗生素。這種抗生素是從青黴菌中提取的。由於真菌和細菌釋放的抗生素作為一種抑制其他生物的天然物質，它是一種微觀層面的化學戰。青黴素用於治療各種感染和微生物。
青黴素最早是在1896年由法國醫學生埃爾內斯特·杜什內發現。然後在1928年，它被亞歷山大·弗萊明重新發現，弗萊明是一位細菌學家，曾在倫敦聖瑪麗醫院工作。弗萊明在醫院工作期間，他注意到一個被藍綠色黴菌汙染的金黃色葡萄球菌培養皿。同時，靠近黴菌的細菌菌落被溶解。出於強烈的好奇心，弗萊明開始在純培養基中培養這種黴菌；結果，他發現它形成了一種能殺死多種致病細菌的物質。從觀察和實驗中，弗萊明將這種物質命名為青黴素，弗萊明在1929年發表了這一成果。
1938年，霍華德·弗洛裡、恩斯特·錢恩和諾曼·希特利在牛津大學繼續研究青黴素。在那段時間，這三位科學家及其團隊開發了培育、提取和純化青黴素的方法，以證明其作為藥物的價值。
然後在第二次世界大戰（1939-1945）期間，青黴素變得非常有用。1941年，青黴素的研究和生產轉移到美國。這是為了保護青黴素的進展和生產免受英國轟炸的破壞。越來越多的人開始種植黴菌，以大規模生產青黴素，用於成千上萬計程車兵。當死亡人數開始增加時，人們對青黴素的興趣也開始在實驗室、大學和製藥公司中增長。當時的科學家知道，他們正在與死神賽跑，因為這種感染能夠透過一個小傷口殺死受傷計程車兵。
青黴素透過干擾細菌合成細胞壁的能力殺死細菌。細菌會伸長，但不能分裂。最終，脆弱的細胞壁會破裂。
青黴素透過抑制肽聚糖交聯的形成，不可逆地阻斷細菌細胞壁的合成。青黴素共價結合到連線細菌中肽聚糖分子的轉肽酶上，它抑制該分子，使其無法進一步反應，細胞壁也無法進一步合成。細菌的細胞壁進一步削弱，因為肽聚糖前體的積累會觸發細菌細胞壁水解和自溶素，並破壞已存在的肽聚糖。青黴素由於其四元β-內醯胺環，使其成為一個很好的抑制劑，從而使其特別具有反應性。青黴素透過與轉肽酶結合而起自殺性抑制劑的作用，它使自身失活。
革蘭氏陽性菌對青黴素最為敏感和易感，因為革蘭氏陽性菌只含有一層胞壁質（肽聚糖）。革蘭氏陰性菌通常對青黴素更耐藥，因為它們具有多層膜，即使在失去胞壁質層的情況下也能保持細胞壁。青黴素可用於治療革蘭氏陽性菌，如肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌、腸球菌、破傷風梭菌和單核細胞增多性李斯特菌。青黴素不能用於治療革蘭氏陰性菌，如淋病奈瑟菌、腦膜炎奈瑟菌、假單胞菌、軍團菌、大腸桿菌、幽門螺桿菌（胃潰瘍）、伯氏疏螺旋體（萊姆病）、梅毒螺旋體（梅毒）和衣原體。
檔案：Penicillin2.jpg 檔案：Penicillin1.jpg
一些細菌已對β-內醯胺類藥物產生耐藥性。這些細菌含有β-內醯胺酶，這是一類廣泛的酶，其絲氨酸殘基透過醯基酶中間體裂解反應性β-內醯胺環。阿莫西林-克拉維酸（一種包含β-內醯胺（通常為阿莫西林）和克拉維酸（一種β-內醯胺酶抑制劑）的藥物）經常被用來克服耐藥菌株。克拉維酸透過競爭性抑制起作用。
苄基青黴素，俗稱青黴素G，被稱為金標準青黴素。它透過非口服給藥方法（腸外）給藥，因為它在胃中的鹽酸中不穩定。由於該藥物是腸外給藥的，因此青黴素G的組織濃度可以達到比其他型別青黴素（如苯氧甲基青黴素）更高的水平。這些更高的濃度會增加抗菌水平或活性。
苄基青黴素的用途包括
- 蜂窩織炎
- 細菌性心內膜炎
- 淋病
- 腦膜炎
- 吸入性肺炎、肺膿腫
- 社群獲得性肺炎
- 梅毒
- 兒童敗血症
苯氧甲基青黴素是青黴素的口服活性形式。它比苄基青黴素使用頻率低，主要用於不需要高組織濃度的疾病。然而，在治療牙源性（與牙齒有關）感染時，它是首選藥物。
普魯卡因苄基青黴素（rINN），也稱為普魯卡因青黴素，是苄基青黴素與區域性麻醉劑普魯卡因的組合。它透過深部肌肉注射吸收進入迴圈。它在需要長時間低濃度苄基青黴素時使用，主要用於獸醫環境以及牙科診所。普魯卡因的常見商品名為奴佛卡因，通常在患者在牙科診所進行小手術之前給藥。它在血漿中由一種叫做假膽鹼酯酶的酶代謝。普魯卡因取代可卡因作為區域性麻醉劑，因為可卡因會造成嚴重的副作用。
苄星青黴素（rINN），也稱為苄星青黴素，與普魯卡因青黴素一樣，透過肌肉注射緩慢吸收進入迴圈，但隨後在體內水解為苄青黴素。當需要長時間低濃度且合適時，它是首選藥物。它允許抗生素作用在單劑量後持續兩到四周。
青黴素的其他例子包括阿莫西林、氨苄西林、甲氧西林、苯唑西林和替莫西林。阿莫西林和氨苄西林是最常見的青黴素，醫生會開具這些藥物，因為它們用於治療常見的感染，例如喉嚨感染。
就像市場上的任何其他藥物一樣，青黴素可能會對服用它的患者造成不愉快的副作用。一些常見的副作用包括：腹瀉、過敏反應、噁心、皮疹、神經毒性、蕁麻疹、癲癇發作。注射部位的疼痛和炎症也是腸道給藥的青黴素型別的常見情況。3% 到 10% 的人口對青黴素過敏。通常，如果對一種型別的青黴素過敏，就會對整個青黴素家族的抗生素過敏。腹瀉和噁心等問題往往在服用幾劑藥物後會消失。但是，如果出現更多症狀，則應停止服用該藥。醫生說，任何干擾細胞生長的藥物，在這種情況下是細胞壁，都可能對大量患者產生嚴重的副作用。青黴素最常見的副作用是
- 水樣或血樣腹瀉
- 發燒、發冷、身體疼痛、流感症狀
- 容易瘀傷或出血，異常虛弱
- 排尿減少或不排尿
- 嚴重皮疹、瘙癢或脫皮
- 躁動不安、意識混亂、異常想法或行為
- 癲癇發作（昏迷或抽搐）
- 噁心、嘔吐、胃痛
- 陰道瘙癢或分泌物
- 頭痛
- 舌頭腫脹、變黑或“毛髮狀”
- 鵝口瘡（口腔或喉嚨內有白色斑塊）
青黴素和相關抗生素會導致某些人出現過敏反應。儘管並非所有對青黴素的不良反應都是過敏反應的徵兆。真正的過敏反應涉及免疫系統，可能導致從令人討厭的皮疹到危及生命的反應或過敏反應的各種症狀和體徵，伴隨低血壓和呼吸困難。β-內醯胺類抗生素最終會導致約 10% 的患者出現過敏反應。然而，儘管青黴素在過敏病例中被非常普遍地報道，但只有不到 20% 的報告是真正的過敏反應。但它絕對是一種可能引起重大、嚴重反應的藥物。
尚不清楚為什麼有些人會對青黴素過敏，而有些人則不會。治療過敏反應可能需要服用藥物或在嚴重情況下進行緊急護理。
青黴素多年來一直是廣泛使用的抗生素。儘管有證據表明新的細菌正在進化以對抗青黴素。青黴素用於阻止細菌構建其稱為肽聚糖的細胞壁。研究表明，青黴素耐藥細菌正在其肽聚糖中形成二肽橋。研究人員發現，在其肽聚糖中形成二肽鍵的細菌使用一種名為 MurM 的蛋白質，該蛋白質有助於在肽聚糖內構建二肽橋。研究人員正在嘗試利用這些資訊來開始靶向 MurM，以幫助青黴素重新成為抗生素的首選。還要注意的是，當患者服用青黴素治療細菌時，有必要在規定的時間內服用青黴素，因為雖然青黴素可能會殺死大多數細菌，但如果沒有服用足量，會讓少數細菌存活，最適合生存的細菌會存活並重新繁殖患者，因此產生了更耐青黴素的細菌。
Berg, Jeremy M. John L. Tymoczko. Lubert Stryer. 生化第六版。W.H. Freeman 和公司。紐約，2007 年。
青黴素的結構：生物學 103 - 微生物：http://webs.wichita.edu/mschneegurt/biol103/lecture19/lecture19.html
“肺炎鏈球菌肽聚糖合成中 MurM 介導的 tRNA 依賴性肽鍵形成的表徵。” J. Biol. Chem. 第 283 卷，第 10 期，第 6402-6417 頁，2008 年 3 月 7 日