青霉素属于β - 内酰胺类抗生素，其主要抗菌机制是抑制细菌细胞壁的合成。

细菌的细胞壁对于维持细菌的形态、保护细菌免受外界环境的影响至关重要。细胞壁的主要成分是肽聚糖，它由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成。

青霉素的化学结构中含有β - 内酰胺环，这是其发挥抗菌作用的关键结构。青霉素能与细菌细胞膜上的青霉素结合蛋白（PBPs）相结合。PBPs是细菌细胞壁合成过程中不可或缺的酶，它们参与肽聚糖合成过程中的转肽反应，也就是将相邻的四肽侧链通过五肽交联桥连接起来，从而形成完整的细胞壁结构。

当青霉素与PBPs结合后，β - 内酰胺环会打开，不可逆地抑制PBPs的活性。由于PBPs无法正常发挥作用，肽聚糖合成过程中的转肽反应不能顺利进行，导致细胞壁合成受阻。

失去完整细胞壁保护的细菌，在渗透压的作用下，水分会不断进入细菌细胞内，使得细菌细胞膨胀、破裂，最终导致细菌死亡。这种作用机制使得青霉素对繁殖期的细菌具有强大的杀菌作用，因为繁殖期的细菌正处于活跃的细胞壁合成阶段。

此外，青霉素对革兰阳性菌的作用较强，这是因为革兰阳性菌的细胞壁主要由肽聚糖组成，含量高达50% - 90%，而青霉素主要作用于肽聚糖的合成，所以对这类细菌的抗菌效果显著。而革兰阴性菌的细胞壁除了肽聚糖外，还有外膜等结构，且肽聚糖含量相对较少，所以青霉素对革兰阴性菌的作用相对较弱。