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使用的抗生素。这种抗生素源于青霉菌。由于真菌和细菌释放的抗生素作为抑制其他生物的天然物质，因此它是一种微观尺度的化学战。青霉素用于治疗各种感染和微生物。
青霉素首先在 1896 年由法国医学生欧内斯特·杜什内发现。然后在 1928 年，它被亚历山大·弗莱明重新发现，亚历山大·弗莱明是一位细菌学家，他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。弗莱明怀着极大的好奇心开始培养纯培养的霉菌；结果，他发现它形成了杀死多种致病菌的物质。根据观察和实验，弗莱明将这种物质命名为青霉素，弗莱明在 1929 年发表了研究结果。
1938 年，霍华德·弗洛里、恩斯特·钱恩和诺曼·希特利继续在牛津大学进行青霉素研究。在那段时间里，这三位科学家及其工作人员开发了培育、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 年至 1945 年）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的轰炸。越来越多的人开始研究培养霉菌以大量生产青霉素，以供数千名士兵使用。当死亡人数开始增加时，人们对青霉素的兴趣也越来越大，实验室、大学和制药公司都在关注此事。当时的科学家们知道，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来杀死细菌。细菌会变长，但不能分裂。最终，薄弱的细胞壁破裂。
青霉素通过抑制肽聚糖交联的形成，不可逆地阻止细菌细胞壁的合成。青霉素共价结合到连接细菌中肽聚糖分子的转肽酶，它抑制分子，使其无法进一步反应，细胞壁也无法进一步合成。由于肽聚糖前体的积累会触发细菌细胞壁的水解和自溶素，并破坏现有的肽聚糖，细菌的细胞壁进一步减弱。青霉素之所以是一个很好的抑制剂，是因为它的四元β-内酰胺环，这使得它特别具有反应性。青霉素通过与它灭活的转肽酶结合，充当自杀性抑制剂。
革兰氏阳性菌对青霉素最敏感，也最容易受到青霉素的影响，因为革兰氏阳性菌只含有胞壁质（肽聚糖）层。革兰氏阴性菌通常对青霉素更耐药，因为它们具有多层膜，即使它们失去了胞壁质层，它们仍然可以保留细胞壁。青霉素可以用来治疗革兰氏阳性菌，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生李斯特菌。青霉素不能用于治疗革兰氏阴性菌，如淋球菌、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）、苍白密螺旋体（梅毒）和沙眼衣原体。
文件：Penicillin2.jpg 文件：Penicillin1.jpg
一些细菌已经对β-内酰胺类药物产生了耐药性。这些细菌含有β-内酰胺酶，这是一类广泛的酶，具有丝氨酸残基，通过酰基酶中间体裂解反应性β-内酰胺环。氨苄青霉素（Augmentin）是一种药物，它既含有β-内酰胺类药物（通常是阿莫西林），也含有克拉维酸（一种β-内酰胺酶抑制剂），通常被用于克服耐药菌株。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。它的使用频率低于苄基青霉素，主要用于不需要高组织浓度的情况下。然而，它是治疗牙源性（与牙齿有关）感染的首选药物。
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。当需要长时间低浓度的苄基青霉素时，它被使用，主要用于兽医环境以及牙科诊所。普鲁卡因的通用商品名为奴佛卡因，通常在患者进行小手术之前由牙医给他们使用。它在血浆中被一种称为假胆碱酯酶的酶代谢。普鲁卡因由于可卡因引起的严重副作用而取代可卡因作为局部麻醉剂。
苄星青霉素（rINN），也称为苄星青霉素，像普鲁卡因青霉素一样，通过肌肉注射缓慢地吸收进入循环，但随后在体内水解为苄基青霉素。当需要长时间低浓度且适当的时候，它是首选药物。它可以使抗生素作用在仅注射一次后延长两到四周。
其他青霉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见的医生开出的青霉素，因为它们用于治疗常见的感染，如咽喉感染。
就像市场上的任何其他药物一样，青霉素可能会导致服用它的患者出现不愉快的副作用。一些副作用常见于使用青霉素的患者，包括：腹泻、超敏反应、恶心、皮疹、神经毒性荨麻疹、癫痫发作。注射部位疼痛和炎症也是肠胃外给药的青霉素类型的常见现象。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，就会对整个青霉素抗生素家族过敏。关于腹泻和恶心的问题，大多数患者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，都可能对大量患者造成严重的副作用。青霉素最常见的副作用是
- 水样或血样腹泻
- 发烧、寒战、身体疼痛、流感症状
- 容易瘀伤或出血，异常虚弱
- 少于平常或根本不排尿
- 严重的皮肤皮疹、瘙痒或脱皮
- 躁动、意识模糊、异常想法或行为
- 癫痫发作（昏厥或抽搐）
- 恶心、呕吐、胃痛
- 阴道瘙痒或分泌物
- 头痛
- 肿胀、发黑或“毛茸茸”的舌头
- 鹅口疮（口腔或咽喉内的白色斑块或内侧）
青霉素和相关抗生素会使某些人产生过敏反应。虽然，并非所有对青霉素的不良反应都是过敏反应的迹象。真正的过敏反应涉及免疫系统，会导致从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，表现为低血压和呼吸困难。β-内酰胺类抗生素最终会导致大约 10% 的患者出现过敏反应。然而，尽管青霉素在过敏病例中非常常见，但其中不到 20% 的报告是真正过敏的。但它绝对是一种可以引起重大、严重反应的药物。
尚不清楚为什么有些人会对青霉素产生过敏反应，而另一些人则不会。治疗过敏反应可能需要在严重情况下服用药物或进行紧急护理。
青霉素多年来一直被广泛用作抗生素。尽管有证据表明新的细菌进化成对青霉素产生抗药性。青霉素用于阻止细菌构建称为肽聚糖的细胞壁。已发现青霉素耐药细菌在其肽聚糖中正在形成二肽桥。研究人员发现，在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。研究人员正试图利用这些信息开始靶向 MurM，以帮助青霉素重回抗生素的前沿。还要注意的是，当患者服用青霉素来治疗细菌时，有必要在规定的时间内服用青霉素，因为尽管青霉素可能会杀死大多数细菌，但如果未在规定的时间内服用，可能会让一些细菌存活下来，最适合生存的细菌存活下来并在患者体内重新繁殖，从而产生更耐青霉素的细菌。
Berg，Jeremy M. John L. Tymoczko。Lubert Stryer。生物化学第六版。W.H. Freeman and Company。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
“肺炎链球菌肽聚糖合成中 MurM 依赖性 tRNA 介导肽键形成的表征。” J. Biol. Chem. 第 283 卷，第 10 期，第 6402-6417 页，2008 年 3 月 7 日