β - 内酰胺类抗生素是一大类重要的抗生素，其作用机制主要是抑制细菌细胞壁的合成。细菌细胞壁对于细菌的生存、形态维持和渗透压平衡起着关键作用。β - 内酰胺类抗生素的作用靶点是细菌细胞膜上的青霉素结合蛋白（PBPs）。
PBPs是存在于细菌细胞膜上的一类蛋白质，它们具有转肽酶、羧肽酶等多种酶活性，在细菌细胞壁合成过程中发挥着重要作用。具体来说，在细菌细胞壁合成的最后阶段，需要通过转肽作用将肽聚糖的短肽链相互交联，形成稳定的三维网状结构，从而构建完整的细胞壁。而β - 内酰胺类抗生素的化学结构中含有β - 内酰胺环，这个环的结构与细菌细胞壁合成过程中肽聚糖前体末端的D - 丙氨酰 - D - 丙氨酸结构相似。
当β - 内酰胺类抗生素进入细菌细胞后，其β - 内酰胺环会与PBPs的活性位点发生共价结合，使PBPs的活性受到抑制。一旦PBPs的活性被抑制，转肽作用就无法正常进行，肽聚糖的交联过程受阻，导致细菌细胞壁无法合成完整。这样一来，细菌细胞壁的完整性被破坏，细菌就不能维持正常的形态和渗透压。外界环境中的水分会不断进入细菌细胞内，引起细菌细胞膨胀、破裂，最终导致细菌死亡。
此外，β - 内酰胺类抗生素还可能触发细菌细胞壁自溶酶的活性。自溶酶原本在细菌生长和分裂过程中参与细胞壁的部分降解和重塑，但在β - 内酰胺类抗生素作用下，自溶酶的活性可能被异常激活，加速细菌细胞壁的破坏，进一步促进细菌的死亡。不同的β - 内酰胺类抗生素对不同种类细菌的PBPs亲和力有所不同，这也决定了它们抗菌谱的差异。例如，有些β - 内酰胺类抗生素对革兰阳性菌的PBPs亲和力高，主要对革兰阳性菌有较强的抗菌作用；而有些则对革兰阴性菌的PBPs有较好的结合能力，从而对革兰阴性菌有较好的抗菌效果。