-

Chemoinformatická úloha

základní informace

Chemoinformatika a bioinformatika Chemoinformatika:

„Chemoinformatika využívá informatických a algoritmických přístupů pro řešení chemických problémů. Převážně se zaměřuje na získání informací z databází malých nebo středně velkých molekul (léků, organických látek, ...).“ Vzniká v devadesátých létech dvacátého století. Rozvoj spojen s dostupností velkého množství dat o molekulách léků apod. a s potřebami farmaceutického průmyslu 2 .

Bioinformatika:

„Bioinformatika je aplikací statistických a výpočetních metod v oblasti molekulové biologie a genetiky. Převážně se specializuje na zpracování dat z databází biomolekul (sekvence DNA, RNA a proteinů).“ Vzniká v osmdesátých létech dvacátého století. Rozvoj spojen s dostupností nadkritického množství dat o biomolekulách.

Zápis molekuly v počítači

Počet vazeb Počet atomů První atom je uhlík První vazba je mezi atomy 1 a 2 a jde o dvojnou vazbu První tři čísla jsou x, y a z souřadnice atomů 3

Vizualizace molekuly v počítači Drátový model: Tyčinkový model: Kalotový model (CPK):

4

Kuličkový model:

5

Vizualizace molekuly v počítači

Speciální modely pro proteiny

Cartoon model: Schématický model:

Základní chemické pojmy délka vazby (r) a vazebný vektor (R):

Kartézské souřadnice atomů: A

1

= (x

1

, y

1

, z

1

), A

2

= (x

2

, y

2

, z

2

) Délka vazby (r):

r

 (

x

1 

x

2 ) 2  (

y

1 

y

2 ) 2  (

z

1 

z

2 ) 2 R r A1

Vazebný vektor (R):

R

 (

x

1 

x

2 ,

y

1  2 1 

z

2 )

Konkrétně:

Délka vazeb se většinou nachází v intervalu 1 - 2 Å a může být i větší. Příklad: V molekule propenu (CH 3 -CH=CH 2 ) má vazba C-C délku 1,54 Å a vazba C=C délku 1,35 Å.

A2

Základní chemické pojmy vazebný úhel (

a

):

A2 r1 R1 a R2 A1 r2 A3

cos(

a

)



R

1

.

R

2

r

1

.

r

2

cos(

a

)



R

1

.

R

2

R

1

.

R

2

Konkrétně:

Hodnota vazebného úhlu se nachází v intervalu 45

°

- 180

°

.

Základní chemické pojmy: torzní úhel (

q

):

Pomocná definice:

Dihedrální úhel

= = úhel mezi dvěma rovinami.

Torzní úhel

atomů A 1 , A 2 , A 3 dihedrální úhel rovin A 1 , A 2 , A 3 a A 4 a A 2 = , A 3 , A 4 .

Výpočet torzního úhlu:

cos(

q

)



N

123

.

N

234

N

123

.

N

234 kde:

N 123 = R 1 x -R 2 N 234 = R 3 x R 2

A1 R1 R2

Konkrétně:

A2 Hodnota torzn ího úhlu se nachází v intervalu 0 ° - 360 ° .

A3 A4 R3 q

Molekulární deskriptory

9 Hrají klíčovou roli v chemii, ve farmacii, v oblasti životního prostředí, ve zdravotnickém výzkumu atd..

Umožňují zapsat molekuly pomocí jednoduchých číselných charakteristik.

Slouží např. k porovnávání podobnosti molekul, k vyhledávání molekul v databázích atd.

Příklady molekulových deskriptorů: Molekulová hmotnost, počet cyklů v molekule, fyzikálně chemické vlastnosti molekuly, molekulový povrch a objem,

2D fingerprinty

2D fingerprinty

Řetězce 0 a 1, které nám o molekule říkají, zda obsahuje nebo neobsahuje jisté chemické skupiny. Těmito chemickými skupinami mohou být např. -Cl, -OH, -COOH, -CH3, ...

Příklad:

Molekula: N Fingerprint: 10 0 1 N H NH 0 H O Cl O 1 -S -Cl -Br -I -COOH 0 1 0 0 1

Tanimotův podobnostní koeficient

11 Tanimot ův podobnostní koeficient

S AB

mezi molekulami zapsanými pomocí fingerprintů, je popsán vztahem:

A

a

B

,

S AB



a c



b



c

kde:

a

je počet 1 ve fingerprintu pro molekulu

A b c

je počet 1 ve fingerprintu pro molekulu

B

je počet 1, které mají pro stejné chemické skupiny společné fingerprinty

A

a

B

Hodnota Tanimotova koeficientu leží v intervalu 0 až 1.

Tanimotův podobnostní koeficient

Příklad výpočtu Tanimotova podobnostního koeficientu: Dalším podobnostním koeficientem je např. Diceův koeficient.

12