Penisilin

**Penisilinler** (**P**, **PCN** veya **PEN**) aslen *[[Penicillium]]* küflerinden, özellikle de *[[Penicillium chrysogenum|P. chrysogenum]]* ve *[[Penicillium rubens|P. rubens]]*'ten elde edilen bir grup β-laktam antibiyotiktir. Klinik kullanımdaki penisilinlerin çoğu *P. chrysogenum* tarafından derin tank fermantasyonu kullanılarak sentezlenir ve daha sonra saflaştırılır. Bir dizi doğal penisilin keşfedilmiştir, ancak sadece iki saflaştırılmış bileşik klinik kullanımdadır: penisilin G (intramüsküler veya intravenöz kullanım) ve penisilin V (ağız yoluyla verilir). Penisilinler, stafilokok ve streptokokların neden olduğu birçok bakteriyel enfeksiyona karşı etkili olan ilk ilaçlar arasındaydı. Günümüzde farklı bakteriyel enfeksiyonlar için hala yaygın olarak kullanılmaktadırlar, ancak birçok bakteri türü yoğun kullanımın ardından direnç geliştirmiştir.

Nüfusun %10'u penisilin alerjisi olduğunu iddia etmektedir, ancak pozitif deri testi sonuçlarının sıklığı kaçınılan her yıl %10 oranında azaldığından, bu hastaların %90'ı sonunda penisilini tolere edebilmektedir. Ayrıca, penisilin alerjisi olanlar genellikle sefalosporinleri (başka bir β-laktam grubu) tolere edebilirler çünkü immünoglobulin E (IgE) çapraz reaktivitesi sadece %3'tür.

Penisilin 1928 yılında İskoç bilim adamı Alexander Fleming tarafından *P. rubens*'in ham bir özü olarak keşfedilmiştir. Fleming'in öğrencisi Cecil George Paine, 1930 yılında penisilini göz enfeksiyonunu (yenidoğan konjonktiviti) tedavi etmek için başarıyla kullanan ilk kişi oldu. Saflaştırılmış bileşik (penisilin F) 1940 yılında Oxford Üniversitesinde Howard Florey ve Ernst Boris Chain liderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından izole edildi. Fleming saflaştırılmış penisilini ilk kez 1942 yılında streptokok menenjitini tedavi etmek için kullandı. 1945 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü Chain, Fleming ve Florey tarafından paylaşıldı.

Bazı yarı sentetik penisilinler daha geniş bir bakteri spektrumuna karşı etkilidir: bunlar antistafilokokal penisilinler, aminopenisilinler ve antipsödomonal penisilinleri içerir.

## Adlandırma
"Penisilin" terimi, *[[Penicillium]]* küfünün antimikrobiyal aktiviteye sahip doğal ürünü olarak tanımlanmaktadır. Alexander Fleming tarafından 7 Mart 1929 tarihinde *[[Penicillium rubens]]*'in antibakteriyel özelliğini keşfettiğinde ortaya atılmıştır. Fleming, 1929 yılında *British Journal of Experimental Pathology*'de yayınlanan makalesinde "oldukça külfetli olan 'Küf suyu süzüntüsü' ifadesinin tekrarından kaçınmak için 'penisilin' adının kullanılacağını" açıklamıştır. Dolayısıyla bu isim, Fleming'in 1945'teki Nobel konferansında tanımladığı şekliyle küfün bilimsel ismine atıfta bulunmaktadır:Bana sık sık "Penisilin" ismini neden icat ettiğim soruluyor. Ben sadece tamamen ortodoks çizgiyi takip ettim ve penisilin maddesinin *[[Penicillium]]* cinsi bir bitkiden türetildiğini açıklayan bir kelime icat ettim, tıpkı yıllar önce *[[Digitalis]]* bitkisinden türetilen bir madde için "Digitalin" kelimesinin icat edildiği gibi.Modern kullanımda penisilin terimi, β-laktam çekirdeğine kaynaşmış bir tiyazolidin halkası içeren ve doğal bir ürün olabilen veya olamayan herhangi bir β-laktam antimikrobiyalini ifade etmek için daha geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Çoğu doğal ürün gibi penisilin de *Penicillium* küflerinde aktif bileşenlerin bir karışımı olarak bulunur (gentamisin, aktif bileşenlerin tanımlanmamış bir karışımı olan doğal ürünlere bir başka örnektir). *Penicillium*'un başlıca aktif bileşenleri aşağıdaki tabloda listelenmiştir:**'

''Penicillium''<nowiki/>'un diğer minör aktif bileşenleri arasında [[Almesilin|penisilin O]], penisilin U1 ve penisilin U6 bulunur. Penisilin A gibi doğal ''Penicillium''<nowiki/>'un diğer adlandırılmış bileşenlerinin daha sonra antibiyotik aktiviteye sahip olmadığı ve antibiyotik penisilinlerle kimyasal olarak ilişkili olmadığı bulunmuştur.

Elde edilen penisilinin kesin yapısı, kullanılan ''Penicillium'' küfü türüne ve küfü kültürlemek için kullanılan besleyici ortama bağlıdır. Fleming'in orijinal ''Penicillium rubens'' türü, esas olarak Fleming'in adıyla anılan penisilin F'yi üretir. Ancak penisilin F kararsızdır, izole edilmesi zordur ve küf tarafından küçük miktarlarda üretilir.

''[[Penicillium chrysogenum]]''<nowiki/>'un başlıca ticari suşu (Peoria suşu), kültür ortamı olarak mısır dik likörü kullanıldığında ana bileşen olarak [[Benzilpenisilin|penisilin G]] üretir. Kültür ortamına [[fenoksietanol]] veya fenoksiasetik asit eklendiğinde, küf bunun yerine ana penisilin olarak [[Fenoksimetilpenisilin|penisilin V]] üretir.

6-Aminopenicillanic acid ([[6-APA]]), penisilin G'den türetilen bir bileşiktir. 6-APA, penisilin G'nin beta-laktam çekirdeğini içerir, ancak yan zincirleri çıkarılmıştır; 6-APA, diğer penisilinlerin üretimi için yararlı bir öncüdür. 6-APA'dan türetilen birçok yarı sentetik penisilin vardır ve bunlar üç grupta toplanır: antistafilokokal penisilinler, geniş spektrumlu penisilinler ve antipseudomonal penisilinler. Yarı sentetik penisilinlerin hepsi penisilin olarak adlandırılır çünkü hepsi sonuçta penisilin G'den türetilmiştir.

=== Penisilin birimleri ===
* Bir birim penisilin G sodyum 0,600 mikrogram olarak tanımlanır. Bu nedenle, 2 milyon ünite (2 megaünite) penisilin G 1,2 g'dır.
* Bir birim penisilin V potasyum 0,625 mikrogram olarak tanımlanır. Bu nedenle 400.000 ünite penisilin V 250&nbsp;mg'dır.

Penisilin reçetelemek için birimlerin kullanılması tarihsel bir kazadır ve ABD dışında büyük ölçüde geçerliliğini yitirmiştir. Orijinal penisilin, aktif bileşiklerin iyi tanımlanmamış bir karışımı (amorf sarı bir toz) olduğundan, her bir penisilin partisinin gücü partiden partiye değişmekteydi. Bu nedenle 1 g penisilin reçete etmek imkansızdı çünkü bir partiden alınan 1 g penisilinin aktivitesi başka bir partinin aktivitesinden farklı olacaktı. Üretimden sonra, her bir penisilin partisinin bilinen bir penisilin birimine göre standardize edilmesi gerekiyordu: her bir cam şişe daha sonra gerekli birim sayısı ile dolduruluyordu. 1940'larda 5.000 Oxford birimlik bir şişe standarttı, ancak partiye bağlı olarak 15&nbsp;mg ila 20&nbsp;mg penisilin içerebilirdi. Daha sonra, 1.000.000 uluslararası ünitelik bir flakon standart hale geldi ve bu 2,5 g ila 3 g doğal penisilin (penisilin I, II, III ve IV ile doğal safsızlıkların bir karışımı) içerebiliyordu. Saf penisilin G preparatlarının (beyaz kristal toz) ortaya çıkmasıyla, penisilini ünite olarak reçete etmek için çok az neden kalmıştır.

Penisilin "birimi" daha önce üç kez tanımlanmış ve her bir tanım bir öncekine kabaca eşdeğer olarak seçilmiştir.

* **Oxford veya Florey birimi (1941)**. Bu başlangıçta, standart bir ''[[Staphylococcus aureus]]'' suşunun (Oxford Staphylococcus) büyümesini engelleyecek 50 ml et özütünde çözünmüş minimum penisilin miktarı olarak tanımlanmıştır. Referans standart, Oxford'da tutulan büyük bir saf olmayan penisilin partisiydi. Tahlil daha sonra Florey'in grubu tarafından daha tekrarlanabilir bir "kap tahlili" olarak değiştirildi: bu tahlilde, bir katı agar plakası üzerindeki bir "kap" içine yerleştirilen 339 mikrolitre çözelti Oxford Staphylococcus'un büyümesini 24 milimetrelik bir inhibisyon bölgesi oluşturduğunda, bir penisilin çözeltisinin bir birim/ml penisilin içerdiği tanımlandı.
* **İlk Uluslararası Standart (1944)**. 8 gramlık tek bir saf kristal penisilin G sodyum partisi Londra'daki Mill Hill'de bulunan [[Ulusal Tıbbi Araştırma Enstitüsü]]nde (Uluslararası Standart) depolanmıştır. Bir penisilin birimi, Uluslararası Standart'ın 0,6 mikrogramı olarak tanımlanmıştır. Saf olmayan bir "çalışma standardı" da tanımlandı ve dünya çapında dağıtılan çok daha büyük miktarlarda mevcuttu: çalışma standardının bir birimi 2,7 mikrogramdı (safsızlık nedeniyle birim başına miktar çok daha büyüktü). Aynı zamanda, 24&nbsp;mm'lik bir zon çapı belirtmek yerine, potens hakkında bir okuma sağlamak için zon boyutunun bir referans eğrisine karşı çizildiği kap tahlili rafine edildi.
* **İkinci Uluslararası Standart (1953)**. Tek bir 30 gramlık saf kristal penisilin G sodyum partisi elde edilmiştir: bu da Mill Hill'de depolanmıştır. Bir penisilin birimi, İkinci Uluslararası Standardın 0,5988 mikrogramı olarak tanımlanmıştır.

Penisilin V için mevcut penisilin V birimine eşdeğer olmayan eski bir birim vardır. Bunun nedeni, ABD FDA'nın yanlışlıkla penisilin V'nin gücünün penisilin G ile aynı mol-mol olduğunu varsaymasıdır. Aslında penisilin V, penisilin G'den daha az güçlüdür ve mevcut penisilin V birimi bu gerçeği yansıtmaktadır.

* **İlk uluslararası penisilin V birimi (1959)*'. Bir birim penisilin V, Londra'daki Mill Hill'de tutulan bir referans standardının 0,590 mikrogramı olarak tanımlanmıştır. Bu birim artık kullanılmamaktadır.

Benzer bir standart penisilin K için de oluşturulmuştur.

== Türler ==

=== Doğal penisilinler ===
Penisilin G (benzilpenisilin) ilk olarak doğada bulunan bir *penicillium* mantarından üretilmiştir. Günümüzde penisilin G üretimi için kullanılan mantar türü, üretim sürecindeki verimi artırmak için genetik mühendisliği ile oluşturulmuştur. Diğer doğal penisilinlerin (F, K, N, X, O, U1 veya U6) hiçbiri şu anda klinik kullanımda değildir.

=== Yarı sentetik penisilin ===

Penisilin V (fenoksimetilpenisilin), *penicillium* mantarının genetik olarak değiştirilmiş bir suşunun kültürlendiği ortama [[Öncül (kimya)|öncül]] fenoksiasetik asit eklenerek üretilir.

=== 6-APA'dan oluşturulan antibiyotikler ===
Penisilinlerle ilişkili diğer [[Yarı sentez|yarı sentetik]] [[antibiyotik]]lerin üç ana grubu vardır. Bunlar penisilin G'den izole edilen [[6-APA]] öncülüne çeşitli yan zincirler eklenerek sentezlenir. Bunlar antistafilokokal antibiyotikler, geniş spektrumlu antibiyotikler ve antipseudomonal antibiyotiklerdir.

==== Antistafilokokal antibiyotikler ====
* [[Kloksasilin]] (ağızdan veya enjeksiyon yoluyla)
* [[Dikloksasilin]] (ağızdan veya enjeksiyon yoluyla)
* [[Flukloksasilin]] (ağızdan veya enjeksiyon yoluyla)
* [[Metisilin]] (sadece enjeksiyon)
* [[Nafsilin]] (sadece enjeksiyon)
* [[Oksasilin]] (ağızdan veya enjeksiyon yoluyla)

Antistafilokokal antibiyotikler, stafilokokal [[Beta-laktamaz|penisilinaz]] tarafından parçalanmaya dirençli oldukları için böyle adlandırılırlar. Bu nedenle penisilinaza dirençli olarak da adlandırılırlar.

==== Geniş spektrumlu antibiyotikler ====
Bu antibiyotik grubu, penisilinin uygun olmadığı *Escherichia coli* ve *Salmonella typhi* gibi çok çeşitli Gram-negatif bakterilere karşı aktif oldukları için "geniş spektrumlu" olarak adlandırılır. Ancak, bu organizmalarda direnç artık yaygındır.

* [[Ampisilin]]
* [[Amoksisilin]]

Var olan birçok ampisilin öncüsü vardır. Bunlar, ampisilini serbest bırakmak için bağırsakta parçalanan inaktif bileşiklerdir. Bu ampisilin ön ilaçlarının hiçbiri şu anda kullanımda değildir:

* [[Pivampisilin]] (ampisilinin pivaloyloksimetil esteri)
* [[Bakampisilin]]
* [[Metampisilin]] (ampisilinin formaldehit esteri)
* [[Talampisilin]]
* [[Hetasilin]] (asetona konjuge ampisilin)

[[Episilin]], hiçbir zaman yaygın klinik kullanım görmemiş bir aminopenisilindir.

==== Antipsödomonal antibiyotikler ====
Gram-negatif bir tür olan *Pseudomonas aeruginosa*, birçok antibiyotik sınıfına karşı doğal olarak dirençlidir. 1960'larda ve 1970'lerde *Pseudomonas* türlerine karşı aktif olan antibiyotikler geliştirmek için birçok çaba sarf edilmiştir. Grup içinde iki kimyasal sınıf vardır: karboksipenisilinler ve üreidopenisilinler. Hepsi enjeksiyon yoluyla verilir: hiçbiri ağız yoluyla verilemez.

===== Karboksipenisilinler =====
* [[Karbenisilin]]
* [[Tikarsilin]]
* [[Temosilin]]

===== Üreidopenisilinler =====
* [[Mezlosilin]]
* [[Piperasilin]]
* [[Azlosilin]]

=== β-laktamaz inhibitörleri ===
* [[Klavulanik asit]]
* [[Sulbaktam]]
* [[Tazobaktam]]

== Tıbbi kullanım ==
"Penisilin" terimi tek başına kullanıldığında, penisilin G veya penisilin V olmak üzere iki kimyasal bileşikten birini ifade edebilir.


=== Penisilin G ===
Penisilin G [[Gastrik asit|mide asidi]] tarafından yok edilir, bu nedenle ağızdan alınamaz, ancak 2,4 g'a kadar yüksek dozlar verilebilir (penisilin V'den çok daha yüksek). İntravenöz veya intramüsküler enjeksiyon yoluyla verilir. Çözünmeyen bir tuz olarak formüle edilebilir ve şu anda kullanımda olan bu tür iki formülasyon vardır: [[Prokain benzilpenisilin|prokain penisilin]] ve [[benzatin benzilpenisilin]]. Kandaki yüksek konsantrasyonun korunması gerektiğinde, penisilin G nispeten sık aralıklarla uygulanmalıdır, çünkü böbrek tarafından kan dolaşımından oldukça hızlı bir şekilde elimine edilir.

Penisilin G, duyarlı stafilokok ve streptokok suşlarının neden olduğu [[septisemi]], [[empiyem]], [[Zatürre|pnömoni]], [[perikardit]], [[endokardit]] ve [[menenjit]] tedavisinde kullanılmak üzere ruhsatlandırılmıştır. Ayrıca [[şarbon]], [[aktinomikoz]], servikofasiyal hastalıklar, torasik ve abdominal hastalıklar, [[Clostridium|klostridiyal]] enfeksiyonlar, [[botulizm]], [[gazlı kangren]] (endike olduğu şekilde debridman ve/veya cerrahi ile birlikte), [[tetanos]] (insan tetanoz immün globülinine ek tedavi olarak) tedavisinde ruhsatlıdır, [[difteri]] (antitoksine ek tedavi olarak ve taşıyıcı durumun önlenmesi için), [[Erysipelothrix|erizipelotriks]] endokarditi, [[Nekrotizan gingivit|fusospiroketoz]] (orofarenks, alt solunum yolu ve genital bölgenin ciddi enfeksiyonları), *Listeria* enfeksiyonları, menenjit, endokardit, bakteriyemi ve menenjit dahil *Pasteurella* enfeksiyonları, [[Haverhill ateşi]]; [[fare ısırığı ateşi]] ve [[Neisseria gonorrhoeae|yaygın gonokok enfeksiyonları]], penisiline duyarlı organizmaların neden olduğu [[Neisseria meningitidis|meningokok]] menenjiti ve/veya septisemi ve sifiliz.

=== Penisilin V ===
Penisilin V mide asidine nispeten dirençli olduğu için ağız yoluyla alınabilir. Zayıf emilim nedeniyle 500&nbsp;mg'dan yüksek dozlar tam olarak etkili değildir. Penisilin G ile aynı bakteriyel enfeksiyonlar için kullanılır ve penisilinin en yaygın kullanılan formudur. Bununla birlikte, [[endokardit]] gibi yüksek kan penisilin seviyelerinin gerekli olduğu hastalıklarda kullanılmaz.

=== Bakteriyel duyarlılık ===
Penisilin direnci artık çok yaygın olduğundan, diğer antibiyotikler artık tedavilerde tercih edilen seçeneklerdir. Örneğin, penisilin eskiden *Neisseria gonorrhoeae* ve *Neisseria meningitidis* enfeksiyonları için ilk basamak tedaviydi, ancak artık bu enfeksiyonların tedavisi için önerilmemektedir. *Staphylococcus aureus*<nowiki/>'ta penisilin direnci artık çok yaygındır, bu da enfekte eden türün duyarlı olduğu bilinmedikçe penisilinin *S. aureus* enfeksiyonunun neden olduğu enfeksiyonları tedavi etmek için kullanılmaması gerektiği anlamına gelir.


== Yan etkiler ==
Penisilinlerin kullanımıyla ilişkili yaygın (insanların ≥ %1'i) [[İlaç yan etkisi|advers ilaç reaksiyonları]] arasında [[ishal]], [[aşırı duyarlılık]], [[bulantı]], [[döküntü]], [[nörotoksisite]], [[ürtiker]] ve [[süperenfeksiyon]] ([[kandidiyaz]] dahil) yer almaktadır. Seyrek görülen yan etkiler (insanların %0,1-1'i) [[Ateş (tıp)|ateş]], [[kusma]], [[eritem]], [[dermatit]], [[anjiyoödem]], [[Nöbet (tıp)|nöbetler]] (özellikle [[epilepsi]]si olan kişilerde) ve [[psödomembranöz kolit]]tir. Penisilin ayrıca bazı kişilerde [[serum hastalığı]]na veya [[Serum hastalığı benzeri reaksiyon|serum hastalığı benzeri bir reaksiyona]] neden olabilir. Serum hastalığı, penisilin dahil ilaçlara maruz kaldıktan bir ila üç hafta sonra ortaya çıkan [[tip III aşırı duyarlılık]] reaksiyonudur. Gerçek bir ilaç alerjisi değildir, çünkü alerjiler [[tip I aşırı duyarlılık]] reaksiyonlarıdır, ancak rahatsız edici maddeye tekrar tekrar maruz kalmak [[Anafilaksi|anafilaktik]] reaksiyona neden olabilir. Alerji, insanların %1-10'unda görülür ve maruziyet sonrası deri döküntüsü şeklinde ortaya çıkar. Hastaların yaklaşık %0,01'inde IgE aracılı anafilaksi meydana gelecektir.

Enjeksiyon bölgesinde [[Ağrı (tıp)|ağrı]] ve [[İnflamasyon|iltihaplanma]] parenteral olarak uygulanan benzatin benzilpenisilin, benzilpenisilin ve daha az oranda prokain benzilpenisilin için de yaygındır. Bu durum [[livedoid dermatit]] veya Nicolau sendromu olarak bilinir.

== Yapı ==

"[[Penam]]" terimi, penisilinlerin bir üyesinin ortak çekirdek iskeletini tanımlamak için kullanılır. Bu çekirdek R-C<sub>9</sub>H<sub>11</sub>N<sub>2</sub>O<sub>4</sub>S moleküler formülüne sahiptir, burada R penisilinleri birbirinden ayıran değişken yan zincirdir. Penam çekirdeğinin [[Molekül kütlesi|molar kütlesi]] 243 g/mol olup, daha büyük penisilinler 450'ye yakın molar kütleye sahiptir - örneğin kloksasilinin molar kütlesi 436 g/mol'dür. 6-APA (C<sub>8</sub>H<sub>12</sub>N<sub>2</sub>O<sub>3</sub>S) penisilinlerin temel yapısını oluşturur. L-sistein ve D-valinin kondensasyonu ile oluşan kapalı bir dipeptitten oluşur. Bu, β-laktam ve tiyazolidinik halkaların oluşumuyla sonuçlanır.

Penisilinlerin temel yapısal özelliği dört üyeli β-laktam halkasıdır; bu yapısal parça penisilinin antibakteriyel aktivitesi için gereklidir. β-laktam halkasının kendisi beş üyeli bir tiyazolidin halkasına kaynaşmıştır. Bu iki halkanın kaynaşması β-laktam halkasının monosiklik β-laktamlardan daha reaktif olmasına neden olur çünkü iki kaynaşmış halka β-laktam [[amid]] bağını bozar ve bu nedenle normalde bu kimyasal bağlarda bulunan [[Rezonans (kimya)|rezonans]] stabilizasyonunu ortadan kaldırır. β-laktam halkasına bir açil yan zinciri bağlanır.

Çeşitli β-laktam antibiyotikler, sentez sırasında 6-APA yapısından kimyasal modifikasyonun ardından, özellikle açil yan zincirinde kimyasal sübstitüsyonlar yapılarak üretilmiştir. Örneğin, kimyasal olarak değiştirilmiş ilk penisilin olan metisilin, penisilin G'den 6-APA benzen halkasının 2' ve 6' pozisyonlarında metoksi grupları ile yer değiştirmiştir. Bu farklılık, metisilini, birçok bakterinin penisilinlere doğal olarak duyarlı olmadığı bir enzim olan [[Beta-laktamaz|β-laktamaz]] aktivitesine karşı dirençli hale getirir.

== Farmakoloji ==

=== Bakteri içine giriş ===
Penisilin, [[Gram pozitif bakteri|Gram pozitif]] türler söz konusu olduğunda bakteri hücrelerine kolayca girebilir. Bunun nedeni Gram pozitif bakterilerin bir dış hücre zarına sahip olmaması ve sadece kalın bir [[hücre duvarı]] ile çevrili olmasıdır. Penisilin molekülleri hücre duvarındaki [[glikoprotein]]lerin boşluklarından geçebilecek kadar küçüktür. Bu nedenle Gram pozitif bakteriler penisiline karşı çok hassastır (ilk olarak 1928'de penisilinin keşfiyle kanıtlandığı gibi).

Penisilin ya da başka herhangi bir molekül [[Gram negatif bakteri]]lere farklı bir yolla girer. Bakterilerin hücre duvarları daha incedir ancak dış yüzeyleri dış zar adı verilen ek bir hücre zarı ile kaplıdır. Dış zar, penisilin gibi suda çözünen ([[hidrofili]]k) moleküllerin geçişini engelleyen bir lipid tabakasıdır ([[lipopolisakkarit]] zinciri). Bu nedenle, herhangi bir toksik maddeye karşı ilk savunma hattı görevi görür ve Gram pozitif türlere kıyasla antibiyotiklere karşı göreceli direncin nedeni budur. Ancak penisilin, yağ molekülleri arasında dağılmış olan ve bakterilere besin ve antibiyotik taşıyabilen [[Porin (protein)|porinler]] (dış zar proteinleri) adı verilen sulu kanallardan difüzyon yoluyla Gram negatif türlere hala girebilir. Porinler çoğu penisilinin difüzyonuna izin verecek kadar büyüktür, ancak içlerinden difüzyon oranı ilaç moleküllerinin spesifik boyutuna göre belirlenir. Örneğin, penisilin G büyüktür ve porinlerden yavaş geçer; daha küçük olan ampisilin ve amoksisilin ise çok daha hızlı yayılır. Buna karşılık, büyük vankomisin porinlerden geçemez ve bu nedenle Gram-negatif bakteriler için etkisizdir. Porinlerin boyutu ve sayısı farklı bakterilerde farklıdır. Bu iki faktörün (penisilin ve porin) bir sonucu olarak Gram-negatif bakteriler spesifik penisiline karşı duyarsız olabilir ya da değişen derecelerde duyarlılık gösterebilir.

=== Etki mekanizması ===



Penisilin, [[bakteriyel hücre duvarı]]nın yapısal bileşeni olan [[peptidoglikan]]ların sentezinin tamamlanmasını engelleyerek bakterileri öldürür. Özellikle hücre duvarı biyosentezindeki son adım sırasında peptidoglikanların çapraz bağlanması için gerekli olan enzimlerin aktivitesini inhibe eder. Bunu, penisilin moleküllerinde bulunan bir yapı olan β-laktam halkası ile [[penisilin bağlayıcı proteinler]]e bağlanarak yapar. Bu, daha az çapraz bağ nedeniyle hücre duvarının zayıflamasına neden olur ve doğru ozmotik gradyanı koruyamadığı için suyun kontrolsüz bir şekilde hücre içine akması anlamına gelir. Bu da hücrenin [[Lizis|parçalanması]] ve ölümüyle sonuçlanır.

Bakteriler peptidoglikan hücre duvarlarını sürekli olarak yeniden şekillendirir, büyüdükçe ve bölündükçe eş zamanlı olarak hücre duvarının bölümlerini inşa eder ve yıkarlar. Peptidoglikan biyosentezinin son aşamalarında, dördüncü ve beşinci amino asitlerin her ikisinin de <small>D</small>-alanil-<small>D</small>-alanin olduğu üridin difosfat-*N*-asetilmuramik asit pentapeptit (UDP-MurNAc) oluşur. D-alanin transferi [[DD-transpeptidaz]] enzimi (penisilin bağlayıcı proteinler bu türdendir) tarafından yapılır (katalize edilir). Bakteri hücre duvarının yapısal bütünlüğü UDP-MurNAc ve *N*-asetil glukozaminin çapraz bağlanmasına bağlıdır. Penisilin ve diğer β-laktam antibiyotikler, konformasyonel benzerlikler nedeniyle UDP-MurNAc'da <small>D</small>-alanin-<small>D</small>-alanin (dipeptit) analoğu olarak hareket eder. DD-transpeptidaz daha sonra UDP-MurNAc yerine penisilinin dört üyeli β-laktam halkasını bağlar. Sonuç olarak, DD-transpeptidaz inaktive olur, UDP-MurNAc ve *N*-asetil glukozamin arasındaki çapraz bağların oluşumu engellenir, böylece hücre duvarı üretimi ve yıkımı arasında bir dengesizlik gelişerek hücrenin hızla ölmesine neden olur.

Peptidoglikan çapraz bağları [[hidroliz]]e eden enzimler çalışmaya devam ederken, bu tür çapraz bağları oluşturanlar çalışmaz. Bu durum bakterinin hücre duvarını zayıflatır ve ozmotik basınç giderek dengelenemez hale gelir ve sonuçta hücre ölümüne ([[sitoliz]]) neden olur. Buna ek olarak, peptidoglikan öncüllerinin birikmesi, hücre duvarının peptidoglikanlarını daha da sindiren bakteriyel hücre duvarı hidrolazlarının ve otolizinlerin aktivasyonunu tetikler. Penisilinlerin küçük boyutları, hücre duvarının tüm derinliğine nüfuz etmelerini sağlayarak etkilerini arttırır. Bu durum, her ikisi de penisilinlerden çok daha büyük olan [[glikopeptit antibiyotik]]ler [[vankomisin]] ve [[teikoplanin]] ile tezat oluşturmaktadır.

Gram-pozitif bakteriler hücre duvarlarını kaybettiklerinde [[protoplast]] olarak adlandırılırlar. Gram negatif bakteriler hücre duvarlarını tamamen kaybetmezler ve penisilin ile tedavi edildikten sonra [[sferoplast]] olarak adlandırılırlar.

Penisilin, [[aminoglikozit]]lerle sinerjik bir etki gösterir, çünkü peptidoglikan sentezinin inhibisyonu, aminoglikozidlerin bakteri hücre duvarına daha kolay nüfuz etmesine ve hücre içindeki bakteriyel protein sentezini bozmasına izin verir. Bu da duyarlı organizmalar için [[Minimum bakterisidal konsantrasyon|MBK]]'nin düşmesine neden olur.

Penisilinler, diğer β-laktam antibiyotikler gibi, sadece [[siyanobakteri]]ler de dahil olmak üzere bakterilerin bölünmesini değil, aynı zamanda [[glokofit]]lerin fotosentetik organelleri olan siyanellerin bölünmesini ve [[Kara yosunları|briyofitlerin]] [[kloroplast]]larının bölünmesini de engeller. Buna karşılık, oldukça gelişmiş [[Tracheophyta|damarlı bitkilerin]] [[plastit]]leri üzerinde hiçbir etkileri yoktur. Bu da kara bitkilerinde plastid bölünmesinin evrimine ilişkin [[Simbiyogenez|endosimbiyotik teoriyi]] desteklemektedir.

Bazı bakteriler β-laktam halkasını parçalayan ve [[Beta-laktamaz|β-laktamaz adı]] verilen enzimler üreterek bakterileri penisiline dirençli hale getirir. Bu nedenle, bazı penisilinler antibiyotiğe dirençli bakterilere karşı veya bağışıklık sistemi baskılanmış hastalarda kullanılmak üzere modifiye edilir veya diğer ilaçlarla birlikte verilir. Penisilinin yanında β-laktamaz inhibitörleri olan klavulanik asit veya tazobaktam kullanımı β-laktamaz üreten bakterilere karşı penisilin aktivitesi sağlar. β-Laktamaz inhibitörleri β-laktamaza geri dönüşümsüz olarak bağlanarak antibiyotik molekülü üzerindeki beta-laktam halkalarını parçalamasını engeller. Alternatif olarak flukloksasilin, beta-laktam halkasını β-laktamazdan koruyan bir açil yan zinciri nedeniyle β-laktamaz üreten bakterilere karşı aktiviteye sahip modifiye bir penisilindir.

=== Farmakokinetik ===
Penisilinin plazmada proteine bağlanma oranı düşüktür. Penisilinin [[biyoyararlanım]]ı türüne bağlıdır: penisilin G'nin biyoyararlanımı %30'un altında düşükken, penisilin V'nin biyoyararlanımı %60 ila 70 arasında daha yüksektir.

Penisilinin kısa bir [[Yarı ömür|yarılanma ömrü]] vardır ve böbrekler yoluyla atılır. Bu, kanda yeterli penisilin seviyesini korumak için günde en az dört kez dozlanması gerektiği anlamına gelir. Bu nedenle penisilin kullanımına ilişkin ilk el kitaplarında penisilinin üç saatte bir gibi sık aralıklarla enjekte edilmesi önerilmiş ve penisilin dozajı, tıpası dışarıda olan bir banyoyu doldurmaya çalışmaya benzetilmiştir. Çok daha büyük dozlarda penisilin ucuz ve kolay bir şekilde temin edilebildiğinden bu artık gerekli değildir; ancak bazı otoriteler bu nedenle sürekli penisilin infüzyonlarının kullanılmasını önermektedir.

== Direnç ==

[[Alexander Fleming]] 1928 yılında ham penisilini keşfettiğinde yaptığı önemli bir gözlem, birçok bakterinin penisilinden etkilenmediğiydi. Bu olgu, [[Ernst Boris Chain|Ernst Chain]] ve [[Edward Abraham]] tarafından penisilini tam olarak tanımlamaya çalışırken fark edildi. 1940 yılında, *Escherichia coli* gibi duyarlı olmayan bakterilerin penisilin moleküllerini parçalayabilen spesifik enzimler ürettiğini ve böylece antibiyotiğe dirençli hale geldiklerini keşfettiler. Bu enzime [[penisilinaz]] adını verdiler. Penisilinaz artık β-laktamaz adı verilen enzimlerin bir üyesi olarak sınıflandırılmaktadır. Bu β-laktamazlar diğer birçok bakteride doğal olarak bulunur ve birçok bakteri sürekli antibiyotiğe maruz kaldığında bunları üretir. Çoğu bakteride direnç üç farklı mekanizma yoluyla olabilir - bakterilerde geçirgenliğin azalması, penisilin bağlayıcı proteinlerin (PBP'ler) bağlanma afinitesinin azalması veya β-laktamaz ekspresyonu yoluyla antibiyotiğin yok edilmesi. Bunlardan herhangi birini kullanan bakteriler genellikle farklı antibiyotiklere karşı direnç geliştirir, bu olguya [[çoklu ilaç direnci]] denir.

Direnç mekanizmasının gerçek süreci çok karmaşık olabilir. Bakterilerde geçirgenliğin azalması durumunda, mekanizmalar Gram pozitif ve Gram negatif bakteriler arasında farklıdır. Gram pozitif bakterilerde penisilinin bloke olması hücre duvarındaki değişikliklerden kaynaklanmaktadır. Örneğin, *S. aureus*<nowiki/>'ta vankomisine karşı direnç, hücre duvarını etkili penisilin girişini önleyen çok daha kalın hale getiren ek peptidoglikan sentezinden kaynaklanmaktadır. Gram negatif bakterilerde direnç, porinlerin yapısı ve sayısındaki mutasyonel varyasyonlardan kaynaklanmaktadır. *Pseudomonas aeruginosa* gibi bakterilerde porin sayısı azalmıştır; *Enterobacter* türleri, *Escherichia coli* ve *Klebsiella pneumoniae* gibi bakterilerde ise penisilini taşıyamayan spesifik olmayan porinler (OmpC ve OmpF grupları gibi) gibi modifiye porinler vardır.

PBP değişikliklerine bağlı direnç oldukça çeşitlidir. Yaygın bir vaka, PBP geninde mutasyon olan *Streptococcus pneumoniae*<nowiki/>'de bulunur ve mutant PBP'lerin penisilinlere bağlanma afinitesi azalmıştır. *S. pneumoniae*<nowiki/>'de altı mutant PBP vardır ve bunlardan PBP1a, PBP2b, PBP2x ve bazen PBP2a azalmış bağlanma afinitesinden sorumludur. *S. aureus*, penisilinler için düşük bağlanma afinitesine sahip farklı bir PBP olan PBD2'yi üreten gizli bir geni aktive edebilir. *S. aureus*<nowiki/>'un [[Metisiline dirençli Staphylococcus aureus|metisiline dirençli *S. aureus*]] (MRSA) olarak adlandırılan ve sadece penisilin ve diğer β-laktamlara değil aynı zamanda çoğu antibiyotiğe dirençli olan farklı bir türü bulunmaktadır. Bu bakteri türü 1959 yılında metisilinin kullanılmaya başlanmasından sonra gelişmiştir. MRSA'da PBP genlerindeki (mec sistemi) mutasyonlar, dört normal PBP üretirken PBP2a (PBP2' olarak da adlandırılır) adı verilen bir varyant protein üretir. PBP2a penisilin için zayıf bağlanma afinitesine sahiptir ve ayrıca tam peptidoglikan sentezi için gerekli olan glikoziltransferaz aktivitesinden yoksundur (bu dört normal PBP tarafından gerçekleştirilir). *Helicobacter cinaedi*<nowiki/>'de, farklı genlerde PBP varyantları oluşturan çok sayıda mutasyon vardır.

β-laktamazlar tarafından gerçekleştirilen enzimatik yıkım, penisilin direncinin en önemli mekanizmasıdır ve "[penisilinlerin] kullanımına yönelik en büyük tehdit" olarak tanımlanmaktadır. Penisilin direncinin ilk keşfedilen mekanizmasıdır. Penisilinin saflaştırılması ve biyolojik aktivite testlerinin 1940 yılında yapıldığı deneyler sırasında *E. coli*<nowiki/>'nin dirençsiz olduğu görülmüştür. Bunun nedeni, *E. coli*<nowiki/>'de penisilini kolayca parçalayan bir penisilinaz enziminin (dolayısıyla bilinen ilk β-laktamaz) üretilmesi olarak keşfedildi. Her biri benzersiz amino asit dizisine ve dolayısıyla enzimatik aktiviteye sahip 2.000'den fazla β-laktamaz türü vardır. Hepsi β-laktam halkalarını hidrolize edebilir ancak tam hedef bölgeleri farklıdır. Gram pozitif bakterilerde bakteri yüzeyinde büyük miktarlarda salgılanırken, Gram negatif türlerde daha az salgılanırlar. Bu nedenle, karışık bir bakteriyel enfeksiyonda, Gram-pozitif bakteriler penisiline duyarlı Gram-negatif hücreleri koruyabilir.

*P. aeruginosa*<nowiki/>'da biyofilm aracılı direncin ve çoklu ilaca toleranslı [[persister hücreler]]in oluşumunun söz konusu olabildiği alışılmadık mekanizmalar mevcuttur.

== Tarihçe ==


=== Keşif ===


19. yüzyılın sonlarından itibaren *Penicillium* küfünün antibakteriyel özelliklerine dair raporlar vardı, ancak bilim insanları bu etkiye hangi sürecin neden olduğunu anlayamıyordu. *Penicillium rubens*<nowiki/>'in antibakteriyel özelliklere sahip olduğunu gösteren ilk kişi Londra'daki St Mary's Hastanesi'nde (şu anda [[Imperial College London|Imperial College]]'ın bir parçası) çalışan İskoç doktor [[Alexander Fleming]] oldu. 3 Eylül 1928'de bir bakteri kültürüne (*Staphylococcus aureus*) mantar bulaşmasının bakteriyi öldürdüğünü tesadüfen gözlemledi. Bu gözlemini 28 Eylül 1928'de yeni bir deneyle doğruladı. Deneyini 1929 yılında yayınladı ve antibakteriyel maddeye (mantar özü) penisilin adını verdi.

C. J. La Touche mantarı *Penicillium rubrum* olarak tanımladı (daha sonra [[Charles Thom]] tarafından *P. notatum* ve *P. chrysogenum* olarak yeniden sınıflandırıldı, ancak daha sonra *P. rubens* olarak düzeltildi). Fleming, günün diğer [[antiseptik]]lerine kıyasla yüksek etki gücü ve minimal toksisitesi nedeniyle penisilinin yararlı bir antiseptik olacağına dair ilk iyimserliğini dile getirdi ve *Bacillus influenzae*<nowiki/>'nin (şimdiki adı *Haemophilus influenzae*) izolasyonundaki laboratuvar değerine dikkat çekti.

Fleming, keşfinin önemli olduğu konusunda kimseyi ikna edemedi. Bunun nedeni büyük ölçüde penisilinin izole edilmesinin çok zor olması ve bir ilaç olarak geliştirilmesinin imkansız görünmesiydi. Fleming, diğer bilim insanlarının onun çalışmalarına ilgi duymasını sağlamakta daha başarılı olsaydı penisilinin muhtemelen yıllar önce geliştirilebileceği tahmin edilmektedir.

Çalışmalarının önemi, 19 Kasım 1999'da Londra'daki Alexander Fleming Laboratuvar Müzesine [[Ulusal Tarihi Kimyasal Simgesel Yapılar|Uluslararası Tarihi Kimya Simgesi]] yerleştirilmesiyle tanınmıştır.

=== Geliştirme ve tıbbi uygulama ===

1930 yılında Sheffield Kraliyet Revirinde patolog olan Cecil George Paine, 25 Kasım 1930'da bebeklerde gonokok enfeksiyonu olan [[Yenidoğan konjonktiviti|oftalmia neonatorumu]] penisilin (mantar özü) ile başarılı bir şekilde tedavi etti.

1940 yılında Avustralyalı bilim adamı [[Howard Walter Florey|Howard Florey]] (daha sonra Baron Florey) ve [[Oxford Üniversitesi]] Sir William Dunn Patoloji Okulundaki bir grup araştırmacı ([[Ernst Chain]], [[Edward Abraham]], [[A. D. Gardner|Arthur Duncan Gardner]], [[Norman Heatley]], [[Margaret Jennings (bilim insanı)|Margaret Jennings]], Jean Orr-Ewing ve Arthur Gordon Sanders) mantar kültürü suyundan hem *in vitro* hem de *in vivo* bakterisidal etki gösteren konsantre penisilin yapımında ilerleme kaydetti. 1941'de [[Albert Alexander (polis memuru)|Albert Alexander]] adlı ciddi bir yüz enfeksiyonuna sahip bir polis memurunu tedavi ettiler; durumu düzeldi, ancak daha sonra penisilin stokları tükendi ve öldü. Daha sonra birkaç hasta daha başarıyla tedavi edildi. Aralık 1942'de Boston'daki [[Cocoanut Grove yangını]]ndan kurtulanlar, penisilin ile başarılı bir şekilde tedavi edilen ilk yanık hastaları oldu.

Saf penisilinin ilk başarılı kullanımı 1942'de Fleming'in Harry Lambert'i aksi takdirde ölümcül olabilecek bir sinir sistemi enfeksiyonundan (streptokok [[menenjit]]i) iyileştirmesiyle oldu. O zamana kadar Oxford ekibi sadece küçük bir miktar üretebiliyordu. Florey eldeki tek örneği kendi isteğiyle Fleming'e verdi. Lambert tedavinin hemen ertesi gününden itibaren iyileşme gösterdi ve bir hafta içinde tamamen iyileşti. Fleming klinik deneyini 1943 yılında *The Lancet* dergisinde yayınladı. Bu tıbbi buluşun ardından [[Churchill Savaş Hükûmeti|İngiliz Savaş Kabinesi]] 5 Nisan 1943'te "Penisilin Komitesi"ni kurarak seri üretim projelerini başlattı.

=== Seri üretim ===
Tıbbi uygulama ortaya çıktıkça, Oxford ekibi laboratuvarlarında kullanılabilir miktarlarda üretim yapmanın imkansız olduğunu gördü. İngiliz hükûmetini ikna edemeyen Florey ve Heatley, büyük ölçekli üretim için ABD hükûmetinin ilgisini çekmek amacıyla küf örnekleriyle birlikte Haziran 1941'de ABD'ye gitti. Büyük ölçekli fermantasyonlar için tesislerin kurulduğu Illinois, Peoria'daki [[Tarım Bakanlığı (Amerika Birleşik Devletleri)|USDA]] Kuzey Bölgesel Araştırma Laboratuvarı'na (NRRL, şimdi [[Ulusal Tarımsal Kullanım Araştırmaları Merkezi]]) başvurdular. Küfün kitlesel kültürü ve daha iyi küflerin araştırılması hemen ardından geldi.

14 Mart 1942'de ilk hasta streptokok sepsisi nedeniyle [[Merck & Co.]] tarafından üretilen ABD yapımı penisilin ile tedavi edildi. O dönemde üretilen toplam stokun yarısı Anne Miller adlı bu tek hastada kullanıldı. Haziran 1942'ye gelindiğinde, on hastayı tedavi etmeye yetecek kadar ABD penisilini mevcuttu. Temmuz 1943'te [[Savaş Üretim Kurulu]], Avrupa'da savaşan Müttefik birliklerine penisilin stoklarının toplu dağıtımı için bir plan hazırladı. NRRL'de [[mısır abartılı likör]] üzerinde yapılan fermantasyon araştırmasının sonuçları, ABD'nin 1944 baharında [[Overlord Harekâtı|Normandiya'nın işgali]] için zamanında 2,3 milyon doz üretmesini sağladı. 1943'te dünya çapında yapılan bir araştırmanın ardından, Peoria, Illinois'deki bir markette bulunan küflü bir [[kavun]]un, mısır abartılı likör prosesi kullanılarak üretim için en iyi küf türünü içerdiği tespit edildi. [[Pfizer]] bilim adamı [[Jasper H. Kane]], büyük miktarlarda farmasötik sınıf penisilin üretmek için derin tank fermantasyon yönteminin kullanılmasını önerdi. Kimya mühendisi [[Margaret Hutchinson Rousseau]] tarafından derin tank fermantasyon tesisinin geliştirilmesiyle büyük ölçekli üretim sağlandı. Savaşın ve Savaş Üretim Kurulunun doğrudan bir sonucu olarak, Haziran 1945 itibarıyla yılda 646 milyar üniteden fazla üretim yapılıyordu.

[[G. Raymond Rettew]], mantar yumurtası konusundaki bilgisini Sharples Krem Ayırıcı'nın işleviyle birleştirdiği ticari miktarlarda penisilin üretme teknikleriyle Amerikan savaş çabalarına önemli bir katkıda bulundu. 1943 yılına gelindiğinde Rettew'in laboratuvarı dünyadaki penisilinin çoğunu üretiyordu. İkinci Dünya Savaşı sırasında penisilin, Müttefik kuvvetler arasında enfekte yaraların neden olduğu ölüm ve ampütasyon sayısında büyük bir fark yarattı ve tahmini olarak hayatların %12-%15'ini kurtardı. Bununla birlikte, büyük miktarlarda penisilin üretmenin zorluğu ve ilacın böbreklerden hızla atılması nedeniyle sık sık doz verilmesi gerektiğinden bulunabilirliği ciddi şekilde sınırlıydı. Penisilinin seri üretim yöntemleri 1945 yılında [[Andrew J. Moyer|Andrew Jackson Moyer]] tarafından patentlendi. Florey, Sir [[Henry Hallett Dale|Henry Dale]] tarafından bunun etik olmayacağı konusunda uyarıldığı için penisilinin patentini almamıştı.

Penisilin aktif olarak atılır ve bir penisilin dozunun yaklaşık %80'i uygulamadan sonraki üç ila dört saat içinde vücuttan temizlenir. Gerçekten de penisilinin ilk dönemlerinde ilaç o kadar az bulunuyordu ve o kadar değerliydi ki idrardaki penisilinin izole edilip yeniden kullanılabilmesi için tedavi edilen hastaların idrarının toplanması yaygın hale gelmişti. Bu tatmin edici bir çözüm değildi, bu nedenle araştırmacılar penisilin atılımını yavaşlatmanın bir yolunu aradılar. Atılımdan sorumlu organik asit taşıyıcısı için penisilin ile rekabet edebilecek bir molekül bulmayı umuyorlardı, öyle ki taşıyıcı tercihen rakip molekülü atacak ve penisilin tutulacaktı. [[Ürikosürik]] ajan [[probenesid]]in uygun olduğu kanıtlanmıştır. Probenesid ve penisilin birlikte uygulandığında, probenesid penisilinin atılımını rekabetçi bir şekilde inhibe ederek penisilinin konsantrasyonunu artırır ve aktivitesini uzatır. Sonunda, seri üretim tekniklerinin ve yarı sentetik penisilinlerin ortaya çıkması tedarik sorunlarını çözdü, bu nedenle probenesidin bu kullanımı azaldı. Bununla birlikte probenesid, özellikle yüksek konsantrasyonlarda penisilin gerektiren bazı enfeksiyonlar için hala yararlıdır.

II. Dünya Savaşı'ndan sonra ilacı sivil kullanıma sunan ilk ülke Avustralya olmuştur. ABD'de penisilin 15 Mart 1945 tarihinde halkın kullanımına sunulmuştur.

Fleming, Florey ve Chain penisilini geliştirdikleri için 1945 [[Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü]]'nü paylaşmışlardır.<gallery widths="200" heights="200">
Dosya:Penicillin Past, Present and Future- the Development and Production of Penicillin, England, 1943 D16959.jpg|1943'te penisilin hazırlayan bir teknisyen
Dosya:PenicillinPSAedit.jpg|Penisilin 1944 yılında seri üretime geçmişti
Dosya:Penicillin poster 5.40.tif|İkinci Dünya Savaşı'nda penisilin kullanımını öven bir poster
</gallery>

=== Yapı belirleme ve toplam sentez ===

Penisilinin kimyasal yapısı ilk olarak 1942 yılında [[Edward Abraham]] tarafından ortaya atılmış ve daha sonra 1945 yılında yine Oxford'da çalışan [[Dorothy Hodgkin|Dorothy Crowfoot Hodgkin]] tarafından [[X ışını kristalografisi]] kullanılarak doğrulanmıştır. Daha sonra 1964 yılında bu ve diğer yapı belirleme çalışmaları için [[Nobel Kimya Ödülü]]'nü almıştır.

[[Massachusetts Teknoloji Enstitüsü]]nden (MIT) kimyager [[John C. Sheehan]], penisilinin ilk kimyasal sentezini 1957 yılında tamamladı. Sheehan, penisilin sentezi çalışmalarına 1948 yılında başlamış ve bu araştırmalar sırasında [[peptit]]lerin sentezi için yeni yöntemler ve yeni [[koruyucu grup]]lar (belirli fonksiyonel grupların reaktivitesini maskeleyen gruplar) geliştirmişti. Sheehan tarafından geliştirilen ilk sentez penisilinlerin seri üretimi için uygun olmasa da Sheehan'ın sentezindeki ara bileşiklerden biri penisilinin çekirdeği olan 6-aminopenicillanic acid (6-APA) idi.

6-APA, 1957 yılında Surrey'deki Beecham Araştırma Laboratuvarlarındaki (daha sonra [[Beecham Group]]) araştırmacılar tarafından keşfedilmiştir (1959'da yayınlanmıştır). Penisilinin 6-APA 'çekirdeğine' farklı grupların eklenmesi, daha çok yönlü ve daha iyi aktiviteye sahip yeni penisilin formlarının oluşturulmasını sağladı.

=== Penisilinden gelen gelişmeler ===
Penisilinlerin dar tedavi edilebilir hastalık yelpazesi veya "aktivite spektrumu", oral olarak aktif fenoksimetilpenisilinin zayıf aktivitesi ile birlikte, daha geniş bir enfeksiyon yelpazesini tedavi edebilecek penisilin türevlerinin araştırılmasına yol açmıştır. Penisilinin çekirdeği olan 6-APA'nın izolasyonu, benzilpenisilin üzerinde çeşitli iyileştirmelerle (biyoyararlanım, spektrum, stabilite, tolerans) yarı sentetik penisilinlerin hazırlanmasına izin verdi.

İlk büyük gelişme 1961 yılında ampisilin olmuştur. Orijinal penisilinlerin her ikisinden de daha geniş bir aktivite spektrumu sunuyordu. Daha sonraki gelişmeler flukloksasilin, dikloksasilin ve metisilin dahil olmak üzere β-laktamaza dirençli penisilinler ortaya çıkardı. Bunlar β-laktamaz üreten bakteri türlerine karşı aktiviteleri açısından önemliydi, ancak daha sonra ortaya çıkan [[Metisiline dirençli Staphylococcus aureus|metisiline dirençli *Staphylococcus aureus*]] (MRSA) suşlarına karşı etkisizdi.

Gerçek penisilinler serisindeki bir diğer gelişme de Gram negatif bakterilere karşı aktiviteleri nedeniyle yararlı olan karbenisilin, tikarsilin ve piperasilin gibi antipsödomonal penisilinler olmuştur. Bununla birlikte, β-laktam halkasının kullanışlılığı, mesilinamlar, karbapenemler ve en önemlisi [[sefalosporin]]ler de dahil olmak üzere ilgili antibiyotiklerin yapılarının merkezinde hala bu halkayı muhafaza etmelerini sağlamıştır.

== Üretim ==

Penisilin, *Penicillium rubens* mantarı tarafından çeşitli şeker türlerinin fermantasyonu ile üretilir. Fermantasyon süreci, mantarın büyümesi stres tarafından engellendiğinde [[İkincil metabolit|ikincil bir metabolit]] olarak penisilin üretir. Aşağıda özetlenen biyosentetik yol, [[homositrat sentaz]] [[Enzim inhibitörü|enzimini inhibe eden]] yan ürün l-lizini içeren geri besleme inhibisyonu yaşar.

:: [[Α-Ketoglutarik asit|α-ketoglutarat]] + [[Asetil koenzim A|AcCoA]] → [[Homositrik asit|homositrat]] → [[Α-Aminoadipik asit|<small>L</small>-α-aminoadipik asit]] → [[Lizin|<small>L</small>-lizin]] + [[Beta-laktam|β-laktam]]

*Penicillium* hücreleri, hücrelerin penisilin üretiminin indüksiyonu için gerekli olan strese sürekli maruz bırakıldığı [[beslemeli kesikli kültür]] adı verilen bir teknik kullanılarak yetiştirilmektedir. Karbon kaynağı olarak [[glukoz]] kullanımı penisilin biyosentez enzimlerini baskılarken, [[laktoz]] herhangi bir etki göstermez ve alkali [[pH]] seviyeleri bu düzenlemeyi geçersiz kılar. Aşırı fosfat, mevcut oksijen ve azot kaynağı olarak [[amonyum]] kullanımı penisilin üretimini baskılarken, [[metiyonin]] uyarıcı etkilere sahip tek bir azot/kükürt kaynağı olarak hareket edebilir.

[[Yönlendirilmiş evrim]]in biyoteknolojik yöntemi, mutasyon yoluyla çok sayıda *Penicillium* suşu üretmek için uygulanmıştır. Bu teknikler arasında hataya eğilimli [[Polimeraz zincir reaksiyonu|PCR]], [[DNA karıştırma]], [[Protein mühendisliği#Hibrit enzimlerin yaratılması için ilave kesilme (ITCHY)|ITCHY]] ve [[Örtüşmeli uzatma polimeraz zincir reaksiyonu|iplikçik örtüşmeli PCR]] yer almaktadır.

Yarı sentetik penisilinler, penisilin çekirdeği 6-APA'dan başlamak üzere hazırlanır.

=== Biyosentez ===

Genel olarak penisilin G'nin ([[benzilpenisilin]]) biyosentezinde üç ana ve önemli adım vardır.

* İlk adım, üç amino asidin-<small>L</small>-α-aminoadipik asit, <small>L</small>-sistein, <small>L</small>-valinin bir [[Tripeptit|tripeptide]] yoğunlaşmasıdır. Tripeptide yoğunlaşmadan önce, <small>L</small>-valin amino asidi <small>D</small>-valine dönüşmek için epimerizasyona uğramalıdır. Yoğunlaşmış tripeptit δ-(<small>L</small>-α-aminoadipil)-<small>L</small>-sistein-<small>D</small>-valin (ACV) olarak adlandırılır. Yoğunlaşma reaksiyonu ve epimerizasyonun her ikisi de bir [[nonribozomal peptit]] sentetaz veya NRPS olan δ-(<small>L</small>-α-aminoadipil)-<small>L</small>-sistein-<small>D</small>-valin sentetaz (ACVS) enzimi tarafından katalize edilir.
* Penisilin G biyosentezindeki ikinci adım, *pcbC'' geni tarafından kodlanan izopenisilin N sentaz (IPNS) tarafından lineer ACV'nin bisiklik ara ürün izopenisilin N'ye oksidatif dönüşümüdür. İzopenisilin N çok zayıf bir ara üründür, çünkü güçlü antibiyotik aktivitesi göstermez.
* Son adım, izopenisilin N'nin α-aminoadipil yan zincirinin çıkarıldığı ve bir fenilasetil yan zinciri ile değiştirildiği izopenisilin N N-asiltransferaz tarafından gerçekleştirilen bir transamidasyondur. Bu reaksiyon, penisilinlerin elde edilmesi sürecinde benzersiz olan penDE geni tarafından kodlanır.

## Ayrıca bakınız
* Beta-laktamaz

## Kaynakça