ペニシリン系薬剤（ペニシリン系薬剤の表を参照）は，殺菌的に作用するβ-ラクタム系抗菌薬であり，その殺菌作用の機序は不明であるが，おそらくは細胞壁を破壊する一部の細菌がもつ自己溶解酵素を活性化することによるものと考えられる。
耐性
一部の細菌が産生するβ-ラクタマーゼはβ-ラクタム系抗菌薬を不活化するが，この作用はβ-ラクタマーゼ阻害薬を追加することで回避できる。
ただし，従来のβ-ラクタマーゼ阻害薬（例，クラブラン酸，スルバクタム，タゾバクタム）では以下を確実に阻害することはできない：
AmpC β-ラクタマーゼ（一般にEnterobacter属，Serratia属，Citrobacter属，Providencia属，およびMorganella属細菌または緑膿菌［Pseudomonas aeruginosa］によって産生される）
基質拡張型β-ラクタマーゼ（ESBL，一部の肺炎桿菌［Klebsiella pneumoniae］，大腸菌［Escherichia coli］，およびその他の腸内細菌科細菌によって産生される）
カルバペネマーゼ
アビバクタム，レレバクタム，バボルバクタム（vaborbactam）など新規の非β-ラクタム系β-ラクタマーゼ阻害薬は，AmpCやESBLのほか，Klebsiella属細菌とその他の腸内細菌科細菌でますます頻度が高まっているKlebsiella pneumoniaeカルバペネマーゼ（KPC）など，一部のカルバペネマーゼにも活性を示す。ただし，NDM-1（New Delhi MBL-1）型，VIM（Verona integron-encoded MBL）型，IMP（imipenem）型などのメタロ-β-ラクタマーゼ（MBL）に対して活性を示すβ-ラクタマーゼ阻害薬は現時点で存在せず，特にIMP型はアズトレオナムを除く全てのβ-ラクタム抗菌薬を不活性化できる。しかしながら，MBLを産生する多くの菌株がアズトレオナムを加水分解できる他のβ-ラクタマーゼも産生する。
薬物動態
食物はアモキシシリンの吸収を妨げないが，ベンジルペニシリンは食事の1時間前または2時間後に服用すべきである。アモキシシリンは吸収が良好で消化管への影響も小さく，投与頻度を少なくできるため，経口剤としては一般にアモキシシリンがアンピシリンに代わって使用されるようになっている。
ペニシリン系薬剤は，ほとんどの組織の細胞外液へ速やかに分布する（特に炎症が生じている場合）。
ペニシリン系薬剤は，その全てが少なくとも部分的に尿中に排泄され，大半が尿中で高濃度を示す。ベンジルペニシリンの注射剤は速やかに排泄されるが（血中半減期0.5時間），持続型（ベンジルペニシリンのベンザチンまたはプロカイン塩）は例外であり，これらは深部筋肉内注射専用で，組織内に貯留して，そこから数時間から数日間をかけて吸収されるように設計されている。ベンジルペニシリンベンザチンはプロカインペニシリンと比べてピーク濃度への到達が遅く，作用時間は概して長い。
ペニシリン系薬剤の適応
ベンジルペニシリン類似薬剤
ベンジルペニシリン類似薬剤（ペニシリンVを含む）は主に以下に対して使用される：
グラム陽性細菌
一部のグラム陰性球菌（例，髄膜炎菌）
少数のグラム陰性桿菌も高用量のベンジルペニシリン注射剤に感受性を示す。ほとんどのブドウ球菌（Neisseria gonorrhoeae），ほとんどの淋菌，多くの嫌気性グラム陰性桿菌，および約30％のインフルエンザ菌（Haemophilus influenzae）は耐性である。
ベンジルペニシリンは梅毒，特定のクロストリジウム感染症，およびゲンタマイシンとの併用で感受性腸球菌による心内膜炎に対する第1選択薬である。
ベンジルペニシリンベンザチンは，以下の剤形で利用できる長時間作用型製剤である：
純粋なベンジルペニシリンベンザチン
等量のベンザチンとプロカインベンジルペニシリンの配合剤
ベンザチン90万単位とプロカインベンジルペニシリン30万単位の3:1の配合剤
3製剤のうちベンジルペニシリンベンザチンの純品だけが梅毒の治療とリウマチ熱の予防に推奨されている。ベンジルペニシリンベンザチンの純品および同量配合剤は，感受性レンサ球菌による上気道感染症，および皮膚・軟部組織感染症が適応となる。
アモキシシリンおよびアンピシリン
これらの薬剤は以下に対してより強い活性を示す：
特定のグラム陰性桿菌，例えばβ-ラクタマーゼを産生しないインフルエンザ菌（H. influenzae），大腸菌（E. coli），およびProteus mirabilis，Salmonella属，ならびにShigella属
β-ラクタマーゼ阻害薬（クラブラン酸またはスルバクタム）を追加することにより，メチシリン感受性ブドウ球菌，インフルエンザ菌（H. influenzae），Moraxella catarrhalis，Bacteroides属細菌，大腸菌（E. coli），および肺炎桿菌（K. pneumoniae）にも使用できるようになる。
アンピシリンは主に，以下の感性グラム陰性細菌による典型的な感染症が適応となる：
ペニシリナーゼ抵抗性ペニシリン系
これらの薬剤（ジクロキサシリン，ナフシリン［nafcillin］，クロキサシリン，フルクロキサシリン，およびオキサシリン）は主に以下に対して使用される：
ペニシリナーゼ産生メチシリン感受性黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）
これらの薬剤はまた，一部の肺炎球菌（Streptococcus pneumoniae），A群レンサ球菌，およびメチシリン感受性コアグラーゼ陰性ブドウ球菌感染症の治療にも用いられる。
広域（抗緑膿菌）ペニシリン
これらの薬剤は以下に対して活性を示す：
アンピシリンに感受性を示す細菌
Enterobacter属およびSerratia属の一部の菌株
緑膿菌（P. aeruginosa）の多くの菌種
チカルシリンは腸球菌に対する活性がピペラシリンよりも低い。β-ラクタマーゼ阻害薬を追加すると，β-ラクタマーゼ産生メチシリン感受性黄色ブドウ球菌（S. aureus），大腸菌（E. coli），肺炎桿菌（K. pneumoniae），インフルエンザ菌（H. influenzae），およびグラム陰性嫌気性桿菌に対する活性が増強するが，AmpC β-ラクタマーゼを産生するグラム陰性桿菌に対する活性は増強せず，一部の肺炎桿菌（K. pneumoniae），大腸菌（E. coli），その他の腸内細菌科細菌が産生するESBLは部分的にしか阻害しない。広域ペニシリン系薬剤は，アミノグリコシド系薬剤と相乗効果を示すことから，緑膿菌（P. aeruginosa）感染症の治療では通常このクラスの薬剤と併用される。
ペニシリン系薬剤の禁忌
ペニシリン系薬剤は，同クラスの薬剤に対する重篤なアレルギー反応の既往がある患者では禁忌である。
妊娠中および授乳中の使用
ペニシリン系薬剤は，妊娠中に最も安全に使用できる抗菌薬である。ペニシリンの動物生殖試験では，胎児に対するリスクは示されていない。ヒトの妊娠に関連するデータは限られている。医学的に適応があれば，ペニシリン系薬剤は妊娠中も使用できる。ベンジルペニシリンは，梅毒の母子感染予防と胎児および母体感染の治療に効果的である。
ペニシリン系薬剤は少量が母乳中に移行する。通常は授乳期間中も使用可能と考えられる。
ペニシリン系薬剤の有害作用
ペニシリン系薬剤の有害作用としては以下のものがある：
過敏反応，発疹（最も頻度が高い）を含む
その他の有害作用は比較的まれである。
過敏症
ほとんどの有害作用が過敏反応である：
即時型反応：アナフィラキシー（数分で死に至ることがある），蕁麻疹および血管神経性浮腫（注射10,000回当たり1～5例），ならびに死亡（注射10,000回当たり約0.3例）
遅延型反応（全患者の最大8％）：血清病，発疹（例，斑状，丘疹状，麻疹状），および剥脱性皮膚炎（通常は7～10日間の治療後に出現する）
ペニシリンに対するアレルギー反応を報告する患者のほとんどは，その後のペニシリン投与に反応しない。アレルギー反応のリスクは小さいとはいえ，その既往がある患者では約10倍高くなる。多くの患者は，ペニシリンに対して真のアレルギーではない有害反応を報告する（例，消化管に対する有害作用，非特異的症状）。
患者のペニシリンアレルギーの既往が曖昧で一貫性がなく，かつ別の抗菌薬の使用が無効または不便な場合には，皮膚テストを行ってもよい。ペニシリン系薬剤以外に代替薬がない場合，皮膚テスト陽性患者には脱感作を試みてもよい。ただし，ペニシリンアナフィラキシーの既往がある患者においては，代替薬が全くみつからず，かつコントロールされた環境で監督下に投与できる，非常にまれな状況を除き，他のペニシリン系薬剤も類似の側鎖をもついかなるβ-ラクタム系薬剤も投与してはならない（皮膚テストも含む）。そのような症例では，特別な予防措置と脱感作レジメンが必要である。
発疹
発疹は他のペニシリン系薬剤と比べてアンピシリンおよびアモキシシリンでの発現頻度が高い。伝染性単核球症患者では，しばしば非アレルギー性の発疹（典型的には斑状丘疹）が発生し，通常は治療4日目から7日目の間に始まる。
その他の有害作用
ペニシリンは以下の有害作用も引き起こすことがある：
高用量投与時の中枢神経系毒性（例，痙攣発作），特に腎機能不全のある患者で多い
腎炎
クームス試験陽性溶血性貧血
白血球減少
血小板減少
白血球減少はナフシリン（nafcillin）で最も頻度が高いようである。ペニシリンを非常に高い用量で静脈内投与すると，血小板機能を阻害して出血を引き起こす可能性があるが，その頻度はチカルシリンで最も高く，特に腎機能不全患者で多くみられる。
その他の有害作用としては，筋肉内注射部位の疼痛，静脈内注射で繰り返し同じ部位を使用したときに生じる血栓性静脈炎，経口剤を使用したときの消化管障害などがある。舌表面への刺激と表層の角化に起因する黒舌がまれにみられ，通常は経口剤を使用したときに発生する。
チカルシリンとカルベニシリンは，どちらも二ナトリウム塩であるため，特に心不全または腎不全のある患者では，高用量で投与するとナトリウム過剰を引き起こす可能性がある。チカルシリンとカルベニシリンは低カリウム性代謝性アルカローシスを引き起こす可能性もあるが，これは，遠位尿細管に大量に流入する非吸収性の陰イオンがH+の排泄を変化させ，二次的にカリウム喪失を引き起こすためである。
ペニシリン系薬剤の投与に関する留意事項
ナフシリン（nafcillin）以外のペニシリン系薬剤は，尿中濃度が高くなるため，重度の腎機能不全がある患者では減量する必要がある。プロベネシドは多くのペニシリン系薬剤の尿細管分泌を阻害し，血中濃度を上昇させる。ときに，高い血中濃度を維持するために同時に投与することもある。
ペニシリン系薬剤についてのより詳細な情報
An article about cross-reactivity in beta-lactam allergy
