细胞膜含有的多种酶类参与细胞结构（如肽聚糖、磷脂、鞭毛和荚膜等）的合成。其中与肽聚糖合成有关的酶类（转肽酶或转糖基酶），是青霉素作用的主要靶位，称青霉素结合蛋白（penicillin-binding proteins, PBPs），PBP 分子结构改变与细菌的耐药性形成有关。
人体细胞无细胞壁。细菌（支原体除外）具有细胞壁，革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁的组成虽有不同，但其主要成分均有肽聚糖。β-内酰胺类（β-lactam）抗生素的作用机制主要是与青霉素结合蛋白（penicillin-binding proteins, PBPs）共价结合，抑制其转肽酶、内肽酶和羧肽酶活性，阻碍肽聚糖的交叉连接过程，导致细菌细胞壁缺损，丧失屏障作用，使细菌在相对低渗环境中变形、裂解而死亡。