结构生物化学/酶/可逆抑制剂/竞争性抑制剂/青霉素
青霉素是一种最早被发现并广泛应用的抗生素。这种抗生素是从青霉菌中提取的。由于真菌和细菌释放的抗生素作为一种抑制其他生物的天然物质，它是一种微观层面的化学战。青霉素用于治疗各种感染和微生物。
青霉素最早是在1896年由法国医学生埃尔内斯特·杜什内发现。然后在1928年，它被亚历山大·弗莱明重新发现，弗莱明是一位细菌学家，曾在伦敦圣玛丽医院工作。弗莱明在医院工作期间，他注意到一个被蓝绿色霉菌污染的金黄色葡萄球菌培养皿。同时，靠近霉菌的细菌菌落被溶解。出于强烈的好奇心，弗莱明开始在纯培养基中培养这种霉菌；结果，他发现它形成了一种能杀死多种致病细菌的物质。从观察和实验中，弗莱明将这种物质命名为青霉素，弗莱明在1929年发表了这一成果。
1938年，霍华德·弗洛里、恩斯特·钱恩和诺曼·希特利在牛津大学继续研究青霉素。在那段时间，这三位科学家及其团队开发了培育、提取和纯化青霉素的方法，以证明其作为药物的价值。
然后在第二次世界大战（1939-1945）期间，青霉素变得非常有用。1941年，青霉素的研究和生产转移到美国。这是为了保护青霉素的进展和生产免受英国轰炸的破坏。越来越多的人开始种植霉菌，以大规模生产青霉素，用于成千上万的士兵。当死亡人数开始增加时，人们对青霉素的兴趣也开始在实验室、大学和制药公司中增长。当时的科学家知道，他们正在与死神赛跑，因为这种感染能够通过一个小伤口杀死受伤的士兵。
青霉素通过干扰细菌合成细胞壁的能力杀死细菌。细菌会伸长，但不能分裂。最终，脆弱的细胞壁会破裂。
青霉素通过抑制肽聚糖交联的形成，不可逆地阻断细菌细胞壁的合成。青霉素共价结合到连接细菌中肽聚糖分子的转肽酶上，它抑制该分子，使其无法进一步反应，细胞壁也无法进一步合成。细菌的细胞壁进一步削弱，因为肽聚糖前体的积累会触发细菌细胞壁水解和自溶素，并破坏已存在的肽聚糖。青霉素由于其四元β-内酰胺环，使其成为一个很好的抑制剂，从而使其特别具有反应性。青霉素通过与转肽酶结合而起自杀性抑制剂的作用，它使自身失活。
革兰氏阳性菌对青霉素最为敏感和易感，因为革兰氏阳性菌只含有一层胞壁质（肽聚糖）。革兰氏阴性菌通常对青霉素更耐药，因为它们具有多层膜，即使在失去胞壁质层的情况下也能保持细胞壁。青霉素可用于治疗革兰氏阳性菌，如肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、肠球菌、破伤风梭菌和单核细胞增多性李斯特菌。青霉素不能用于治疗革兰氏阴性菌，如淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌、假单胞菌、军团菌、大肠杆菌、幽门螺杆菌（胃溃疡）、伯氏疏螺旋体（莱姆病）、梅毒螺旋体（梅毒）和衣原体。
文件：Penicillin2.jpg 文件：Penicillin1.jpg
一些细菌已对β-内酰胺类药物产生耐药性。这些细菌含有β-内酰胺酶，这是一类广泛的酶，其丝氨酸残基通过酰基酶中间体裂解反应性β-内酰胺环。阿莫西林-克拉维酸（一种包含β-内酰胺（通常为阿莫西林）和克拉维酸（一种β-内酰胺酶抑制剂）的药物）经常被用来克服耐药菌株。克拉维酸通过竞争性抑制起作用。
苄基青霉素，俗称青霉素G，被称为金标准青霉素。它通过非口服给药方法（肠外）给药，因为它在胃中的盐酸中不稳定。由于该药物是肠外给药的，因此青霉素G的组织浓度可以达到比其他类型青霉素（如苯氧甲基青霉素）更高的水平。这些更高的浓度会增加抗菌水平或活性。
苄基青霉素的用途包括
- 蜂窝织炎
- 细菌性心内膜炎
- 淋病
- 脑膜炎
- 吸入性肺炎、肺脓肿
- 社区获得性肺炎
- 梅毒
- 儿童败血症
苯氧甲基青霉素是青霉素的口服活性形式。它比苄基青霉素使用频率低，主要用于不需要高组织浓度的疾病。然而，在治疗牙源性（与牙齿有关）感染时，它是首选药物。
普鲁卡因苄基青霉素（rINN），也称为普鲁卡因青霉素，是苄基青霉素与局部麻醉剂普鲁卡因的组合。它通过深部肌肉注射吸收进入循环。它在需要长时间低浓度苄基青霉素时使用，主要用于兽医环境以及牙科诊所。普鲁卡因的常见商品名为奴佛卡因，通常在患者在牙科诊所进行小手术之前给药。它在血浆中由一种叫做假胆碱酯酶的酶代谢。普鲁卡因取代可卡因作为局部麻醉剂，因为可卡因会造成严重的副作用。
苄星青霉素（rINN），也称为苄星青霉素，与普鲁卡因青霉素一样，通过肌肉注射缓慢吸收进入循环，但随后在体内水解为苄青霉素。当需要长时间低浓度且合适时，它是首选药物。它允许抗生素作用在单剂量后持续两到四周。
青霉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见的青霉素，医生会开具这些药物，因为它们用于治疗常见的感染，例如喉咙感染。
就像市场上的任何其他药物一样，青霉素可能会对服用它的患者造成不愉快的副作用。一些常见的副作用包括：腹泻、过敏反应、恶心、皮疹、神经毒性、荨麻疹、癫痫发作。注射部位的疼痛和炎症也是肠道给药的青霉素类型的常见情况。3% 到 10% 的人口对青霉素过敏。通常，如果对一种类型的青霉素过敏，就会对整个青霉素家族的抗生素过敏。腹泻和恶心等问题往往在服用几剂药物后会消失。但是，如果出现更多症状，则应停止服用该药。医生说，任何干扰细胞生长的药物，在这种情况下是细胞壁，都可能对大量患者产生严重的副作用。青霉素最常见的副作用是
- 水样或血样腹泻
- 发烧、发冷、身体疼痛、流感症状
- 容易瘀伤或出血，异常虚弱
- 排尿减少或不排尿
- 严重皮疹、瘙痒或脱皮
- 躁动不安、意识混乱、异常想法或行为
- 癫痫发作（昏迷或抽搐）
- 恶心、呕吐、胃痛
- 阴道瘙痒或分泌物
- 头痛
- 舌头肿胀、变黑或“毛发状”
- 鹅口疮（口腔或喉咙内有白色斑块）
青霉素和相关抗生素会导致某些人出现过敏反应。尽管并非所有对青霉素的不良反应都是过敏反应的征兆。真正的过敏反应涉及免疫系统，可能导致从令人讨厌的皮疹到危及生命的反应或过敏反应的各种症状和体征，伴随低血压和呼吸困难。β-内酰胺类抗生素最终会导致约 10% 的患者出现过敏反应。然而，尽管青霉素在过敏病例中被非常普遍地报道，但只有不到 20% 的报告是真正的过敏反应。但它绝对是一种可能引起重大、严重反应的药物。
尚不清楚为什么有些人会对青霉素过敏，而有些人则不会。治疗过敏反应可能需要服用药物或在严重情况下进行紧急护理。
青霉素多年来一直是广泛使用的抗生素。尽管有证据表明新的细菌正在进化以对抗青霉素。青霉素用于阻止细菌构建其称为肽聚糖的细胞壁。研究表明，青霉素耐药细菌正在其肽聚糖中形成二肽桥。研究人员发现，在其肽聚糖中形成二肽键的细菌使用一种名为 MurM 的蛋白质，该蛋白质有助于在肽聚糖内构建二肽桥。研究人员正在尝试利用这些信息来开始靶向 MurM，以帮助青霉素重新成为抗生素的首选。还要注意的是，当患者服用青霉素治疗细菌时，有必要在规定的时间内服用青霉素，因为虽然青霉素可能会杀死大多数细菌，但如果没有服用足量，会让少数细菌存活，最适合生存的细菌会存活并重新繁殖患者，因此产生了更耐青霉素的细菌。
Berg, Jeremy M. John L. Tymoczko. Lubert Stryer. 生化第六版。W.H. Freeman 和公司。纽约，2007 年。
青霉素的结构：生物学 103 - 微生物：http://webs.wichita.edu/mschneegurt/biol103/lecture19/lecture19.html
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