Реакция транспептидации управляется специфическим энзимом — транспептидазой, локализованным на наружной поверхности цитоплазматической мембраны.
Пенициллин тормозит последнюю стадию синтеза клеточной стенки, предотвращая образование пептидных поперечных связей. Благодаря структурному сходству пенициллина с пептидным субстратом клеточной стенки антибиотик конкурирует с ним за активный центр транспептидазы. Взаимодействие молекулы пенициллина с активным центром фермента сопровождается образованием ковалентной связи и пенициллоильного производного. Реакция рассматривается как необратимая, и активный центр фермента оказывается прочно заблокированным.
Пенициллин проявляет антибактериальное действие лишь в период активного роста бактерий. Наиболее сильно оно выражено в фазе логарифмического роста.
Морфологическим выражением этого эффекта является прекращение деления клеток, увеличение их в размерах, возникновение гигантских форм, набухание или удлинение. Измененные клетки лизируются и погибают.
Пенициллин действует бактерицидно в среде, поддерживающей размножение микробов. Размножающиеся клетки гибнут под воздействием антибиотика из-за несбалансированного роста вследствие того, что на растущую цитоплазму «не хватает» клеточной стенки, образование которой прекращено пенициллином. Одна цитоплазматическая мембрана не является достаточной защитой против вне- и внутриклеточных различий осмотического давления и не в состоянии выполнить функции цитоплазматического барьера. Лизис клетки наступает тем быстрее, чем быстрее идет синтез цитоплазмы на фоне прекратившегося синтеза клеточной оболочки.
Утверждение, что пенициллин не действует на метаболизм неразмножающихся микробов, является не совсем правильным. Наличие в среде источника энергии и набора аминокислот,, входящих в состав муреина, обеспечивает синтез основной структуры клеточной стенки, но не белков цитоплазмы. Клетки не делятся, но чувствительный к пенициллину процесс в них идет, антибиотик его тормозит, что, однако, не сопровождается гибелью клетки. Пенициллин резко нарушает обменные процессы в чувствительных к нему микроорганизмах.
Установлено его тормозящее действие на обмен нуклеиновых кислот, окислительное дезаминирование аминокислот, обмен пептидов и др. Однако большинство этих нарушений связано с началом лизиса клетки и не является результатом первичного действия антибиотика на метаболизм микробов.
«Справочник по антибиотикам», С.М.Навашин, И.П.Фомина