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使用的抗生素。這種抗生素源於青黴菌。由於真菌和細菌釋放的抗生素作為抑制其他生物的天然物質，因此它是一種微觀尺度的化學戰。青黴素用於治療各種感染和微生物。
青黴素首先在 1896 年由法國醫學生歐內斯特·杜什內發現。然後在 1928 年，它被亞歷山大·弗萊明重新發現，亞歷山大·弗萊明是一位細菌學家，他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。弗萊明懷著極大的好奇心開始培養純培養的黴菌；結果，他發現它形成了殺死多種致病菌的物質。根據觀察和實驗，弗萊明將這種物質命名為青黴素，弗萊明在 1929 年發表了研究結果。
1938 年，霍華德·弗洛裡、恩斯特·錢恩和諾曼·希特利繼續在牛津大學進行青黴素研究。在那段時間裡，這三位科學家及其工作人員開發了培育、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 年至 1945 年）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的轟炸。越來越多的人開始研究培養黴菌以大量生產青黴素，以供數千名士兵使用。當死亡人數開始增加時，人們對青黴素的興趣也越來越大，實驗室、大學和製藥公司都在關注此事。當時的科學家們知道，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來殺死細菌。細菌會變長，但不能分裂。最終，薄弱的細胞壁破裂。
青黴素透過抑制肽聚糖交聯的形成，不可逆地阻止細菌細胞壁的合成。青黴素共價結合到連線細菌中肽聚糖分子的轉肽酶，它抑制分子，使其無法進一步反應，細胞壁也無法進一步合成。由於肽聚糖前體的積累會觸發細菌細胞壁的水解和自溶素，並破壞現有的肽聚糖，細菌的細胞壁進一步減弱。青黴素之所以是一個很好的抑制劑，是因為它的四元β-內醯胺環，這使得它特別具有反應性。青黴素透過與它滅活的轉肽酶結合，充當自殺性抑制劑。
革蘭氏陽性菌對青黴素最敏感，也最容易受到青黴素的影響，因為革蘭氏陽性菌只含有胞壁質（肽聚糖）層。革蘭氏陰性菌通常對青黴素更耐藥，因為它們具有多層膜，即使它們失去了胞壁質層，它們仍然可以保留細胞壁。青黴素可以用來治療革蘭氏陽性菌，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生李斯特菌。青黴素不能用於治療革蘭氏陰性菌，如淋球菌、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）、蒼白密螺旋體（梅毒）和沙眼衣原體。
檔案：Penicillin2.jpg 檔案：Penicillin1.jpg
一些細菌已經對β-內醯胺類藥物產生了耐藥性。這些細菌含有β-內醯胺酶，這是一類廣泛的酶，具有絲氨酸殘基，透過醯基酶中間體裂解反應性β-內醯胺環。氨苄青黴素（Augmentin）是一種藥物，它既含有β-內醯胺類藥物（通常是阿莫西林），也含有克拉維酸（一種β-內醯胺酶抑制劑），通常被用於克服耐藥菌株。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。它的使用頻率低於苄基青黴素，主要用於不需要高組織濃度的情況下。然而，它是治療牙源性（與牙齒有關）感染的首選藥物。
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。當需要長時間低濃度的苄基青黴素時，它被使用，主要用於獸醫環境以及牙科診所。普魯卡因的通用商品名為奴佛卡因，通常在患者進行小手術之前由牙醫給他們使用。它在血漿中被一種稱為假膽鹼酯酶的酶代謝。普魯卡因由於可卡因引起的嚴重副作用而取代可卡因作為區域性麻醉劑。
苄星青黴素（rINN），也稱為苄星青黴素，像普魯卡因青黴素一樣，透過肌肉注射緩慢地吸收進入迴圈，但隨後在體內水解為苄基青黴素。當需要長時間低濃度且適當的時候，它是首選藥物。它可以使抗生素作用在僅注射一次後延長兩到四周。
其他青黴素的例子包括阿莫西林、氨苄西林、甲氧西林、氧氟沙星和替莫西林。阿莫西林和氨苄西林是最常見的醫生開出的青黴素，因為它們用於治療常見的感染，如咽喉感染。
就像市場上的任何其他藥物一樣，青黴素可能會導致服用它的患者出現不愉快的副作用。一些副作用常見於使用青黴素的患者，包括：腹瀉、超敏反應、噁心、皮疹、神經毒性蕁麻疹、癲癇發作。注射部位疼痛和炎症也是腸胃外給藥的青黴素型別的常見現象。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，就會對整個青黴素抗生素家族過敏。關於腹瀉和噁心的問題，大多數患者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，都可能對大量患者造成嚴重的副作用。青黴素最常見的副作用是
- 水樣或血樣腹瀉
- 發燒、寒戰、身體疼痛、流感症狀
- 容易瘀傷或出血，異常虛弱
- 少於平常或根本不排尿
- 嚴重的皮膚皮疹、瘙癢或脫皮
- 躁動、意識模糊、異常想法或行為
- 癲癇發作（昏厥或抽搐）
- 噁心、嘔吐、胃痛
- 陰道瘙癢或分泌物
- 頭痛
- 腫脹、發黑或“毛茸茸”的舌頭
- 鵝口瘡（口腔或咽喉內的白色斑塊或內側）
青黴素和相關抗生素會使某些人產生過敏反應。雖然，並非所有對青黴素的不良反應都是過敏反應的跡象。真正的過敏反應涉及免疫系統，會導致從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，表現為低血壓和呼吸困難。β-內醯胺類抗生素最終會導致大約 10% 的患者出現過敏反應。然而，儘管青黴素在過敏病例中非常常見，但其中不到 20% 的報告是真正過敏的。但它絕對是一種可以引起重大、嚴重反應的藥物。
尚不清楚為什麼有些人會對青黴素產生過敏反應，而另一些人則不會。治療過敏反應可能需要在嚴重情況下服用藥物或進行緊急護理。
青黴素多年來一直被廣泛用作抗生素。儘管有證據表明新的細菌進化成對青黴素產生抗藥性。青黴素用於阻止細菌構建稱為肽聚糖的細胞壁。已發現青黴素耐藥細菌在其肽聚糖中正在形成二肽橋。研究人員發現，在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。研究人員正試圖利用這些資訊開始靶向 MurM，以幫助青黴素重回抗生素的前沿。還要注意的是，當患者服用青黴素來治療細菌時，有必要在規定的時間內服用青黴素，因為儘管青黴素可能會殺死大多數細菌，但如果未在規定的時間內服用，可能會讓一些細菌存活下來，最適合生存的細菌存活下來並在患者體內重新繁殖，從而產生更耐青黴素的細菌。
Berg，Jeremy M. John L. Tymoczko。Lubert Stryer。生物化學第六版。W.H. Freeman and Company。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 依賴性 tRNA 介導肽鍵形成的表徵。” J. Biol. Chem. 第 283 卷，第 10 期，第 6402-6417 頁，2008 年 3 月 7 日