抗生素殺菌作用主要有4種機制：抑制細菌細胞壁的合成、與細胞膜相互作用、干擾蛋白質的合成以及抑制核酸的轉錄和復制抑制。
作用過程：
1、抑制細胞壁的合成
抑制細胞壁的合成會導致細菌細胞破裂死亡，以這種方式作用的抗菌藥物包括青霉素類和頭孢菌素類，哺乳動物的細胞沒有細胞壁，不受這些藥物的影響。細菌的細胞壁主要是肽聚糖，而合成肽鏈的細胞器為核糖體，核糖體是細菌的唯一細胞器。但是使用頻繁會導致細菌的抗藥性增強。
這一作用的達成依賴于細菌細胞壁的一種蛋白，通常稱為青霉素結合蛋白（PBPs），β內酰胺類抗生素能和這種蛋白結合從而抑制細胞壁的合成，所以PBPs也是這類藥物的作用靶點。
2、與細胞膜相互作用
一些抗菌素與細胞的細胞膜相互作用而影響膜的滲透性，這對細胞具有致命的作用。以這種方式作用的抗生素有多粘菌素和短桿菌素。
3、干擾蛋白質的合成
干擾蛋白質的合成意味著細胞存活所必需的酶不能被合成。干擾蛋白質合成的抗生素包括福霉素（放線菌素）類、氨基糖苷類、四環素類和氯霉素。
4、抑制核酸的轉錄和復制抑制
抑制核酸的轉錄和復制抑制核酸的功能阻止了細胞分裂和/或所需酶的合成。以這種方式作用的抗生素包括萘啶酸和二氯基吖啶。
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