土霉素抗菌活性的最小药效基团是6-脱氧-6-去甲基四环素。土霉素必须先进入菌体内才能发挥抗菌作用。土霉素可通过细胞外膜的亲水孔自由扩散,也可通过细胞内膜上ATP依赖性转运通路进入细胞内,与细菌细胞核蛋白体30S核糖体亚基A位特异性结合,阻止蛋白质合成始动复合物的形成,并抑制氨酰tRNA与mRNA-核蛋白体复合物结合,从而抑制肽链延伸和细菌蛋白质的合成,起到杀菌作用。此外,土霉素还可增加细菌细胞膜的透性,使其胞内核苷酸和其他重要物质外漏,从而抑制DNA的复制。某些土霉素还可渗透入哺乳动物的细胞,对细胞内的微生物如立克次氏体起作用。
研究还发现,土霉素分子具有干扰延伸因子Tu的作用,从而影响延伸因子Tu和核糖体之间的作用或者直接破坏反密码子识别密码子,直接影响延伸因子Tu与tRNA的相互作用。
土霉素是常用的兽药之一,在畜禽生产中具有重要的意义,对畜禽疾病有很好的防治作用。
作为第一代天然抗生素,土霉素目前主要应用于畜牧业和合成强力霉素。