Пенициллины действуют бактерицидно на большое количество грамположительных микроорганизмов.
К ним чувствительны стрептококки, пневмококки и не образующие пенициллиназы стафилококки, грамотрицательные кокки (менингококки), а также сибиреязвенная палочка, клостридин, некоторые спирохеты и актиномицеты. Они губительно влияют на возбудителей лептоспироза, энзоотической бронхопневмонии, инфекционной бронхопневмонии, нифлуенцы, спирохетоза, инфекционной агалактии, некробацидлеза, актиномикоза и др. Устойчивы к бензилпенициллнну грамотрицательные микробы кишечно-тифозной группы, возбудители туберкулеза, риккетсии, вирусы, простейшие и большинство грибов.
Исследования in vitro показывают, что по чувствительности к пенициллину микроорганизмы можно разделить на две группы. К первой группе относится большинство грамположительных бактерий: стафилококки, стрептококки (за исключением группы D), пневмококки, возбудители рожи и сибирской язвы, менингококки, некоторые, спирохеты и актиномицеты. При концентрации бензилпенициллина около 0,001 мкг/мл задерживается рост этих микробов; а при 0,01—0,03 мкт/мл они погибают.
Ко второй группе относятся малочувствительные бактерии, выдерживающие пенициллин в концентрации 10 мкг/мл: грамположительные — желтый микрококк, микоиды и др.; грамотрицательные бактерии — аэробактер, сальмонелла, клебсиелла, шигелла, вибрио, протеи, пастереллы, бруцеллы, несколько видов лептоспир и др.
С повышением концентрации бактерицидное действие пенициллина возрастает, но до определенных пределов. Увеличение концентрации в 2—8 раз выше указанной способствует более быстрой гибели чувствительных микроорганизмов, но дальнейшее увеличение концентрации даже в 10—20 тыс. раз не ускоряет бактерицидного эффекта, а в некоторых случаях даже уменьшает его.
Наиболее активно пенициллины действуют в период быстрого размножения микроорганизмов. Если же микробные клетки находятся в состоянии анабиоза, особенно при низкой температуре, то пенициллин влияет на них слабо или совсем не влияет. У микробов к пенициллину легко развивается устойчивость. Объясняется это различными причинами. Наиболее частой из них является образование микробами весьма активного фермента пенициллиназы, инактивирующей пенициллин. К пенициллиназе устойчив метициллин.
Противомикробно действуют только растворы пенициллина. В сухом виде пенициллин неэффективен. Более того, микробы (даже чувствительные к пенициллину) могут длительно находиться в порошке пенициллина, не изменяя своей вирулентности. Поэтому хранить сухой пенициллин нужно только во флаконах фабричной упаковки, чтобы не занести в организм инфекцию с вводимым препаратом.
Имеется много факторов, ограничивающих антимикробный спектр пенициллина, и из них особенно большое значение имеет пенициллиназа. Она даже в ничтожно малых количествах размыкает кольцо лактама и тем самым инактивирует пенициллин. Этот фермент вырабатывают очень многие грамотрицательные микроорганизмы, вследствие чего они не гибнут под влиянием пенициллина. Однако для проявления действия пенициллиназы нужны некоторые дополнительные факторы, а если их нет, она не разрушает пенициллина.
Кроме бактерицидного влияния, пенициллины обладают антитоксической активностью. Они нейтрализуют яды, вырабатываемые многими патогенными микробами. Механизм этого действия точно не установлен, но известно, что оно обусловлено активизацией фагоцитоза и усилением образования антител в организме животных.