Chemický prostor

Chemický prostor je chemoinformatický koncept odkazující se na prostor vlastností všech teoreticky možných molekul a chemických sloučenin splňující soubor určených konstrukčních pravidel a mezních podmínek. Chemický prostor obsahuje miliony sloučenin dostupných výzkumníkům. Příkladem mohou být knihovny využívané metodami molekulárního dokování.[2]

Náhled na chemický prostor databáze PubChem; projekce 42 dimenzionálních „molekulárních kvantových čísel“ (MQN) sloučenin v databázi PubChem (5 virtuálně vytvořených knihoven sloučenin) za použití PCA. Barva znázorňuje podíl atomů v uzavřených řetězcích molekul (modrá 0, červená 1).[1]

Teoretické prostoryEditovat

Chemickým prostorem se často v chemoinformatice myslí prostor farmakologicky aktivních molekul. Neexistuje metoda, která by dokázala přesně určit velikost tohoto prostoru. Jeho velikost se řádově odhaduje na 1060 molekul. Tyto odhady [3] vycházejí z Lipinského pravidla, obzvlášť horního limitu molekulové hmotnosti činícího 500 g·mol−1, a omezení se na atomy uhlíku, vodíku, kyslíku, síry a dusíku. Dále se předpokládá přítomnost maximálně 30 atomů a 4 aromatických cyklů, přičemž se zohledňují možnosti větvení. Tento odhad velikosti prostoru farmakologicky aktivních molekul je často zaměňován za odhad velikosti prostoru organických molekul,[4] který je však po zahrnutí halogenů a dalších prvků mnohem větší. Krom těchto chemických prostorů byl zaveden také prostor známých léčiv definovaný deskriptory komerčně dostupných léčiv.[5][6][7] Prostor známých léčiv se využívá například při navrhování nových léčiv kdy se parametry kandidátní molekuly srovnávají s pamaretry známých léčiv v tomto prostoru.

Empirické prostoryEditovat

K lednu 2020 bylo Americkou chemickou společností registrováno více než 159 milionů organických a anorganických látek,[8] což znamená, že byly zmíněny v odborné literatuře. Příkladem fyzicky existujících chemických knihoven jsou chemické knihovny využívané při experimentálním screeningu látek. Tyto knihovny obsahují stovky až stovky tisíc různých molekul.

Generování chemických prostorůEditovat

Systematický průzkum chemického prostoru je možný vytvářením in silico databází virtuálních molekul,[9] které mohou být zobrazeny projekcí vícerozměrného prosotru vlastností molekul do prostoru s méně rozměry.[10][11] Chemické prosotry mohou být generovány vytvářením stechiometrických kombinací elektronů a atomových jader za účelem získání všech možných izomerů získatelných za daných konstrukčních pravidel. V chemoinformatice se využívají programy nazývané generátory struktur, které vytvářejí všechny možné chemické struktury splňující dané mezní podmínky. Například generátory konstitučních izomerů generují všechny izomery z daného sumárního vzorce.

Pohyb chemickým prostorem je ve fyzickém světě umožňován chemickými reakcemi. Vztah mezi chemickým prostorem a molekulárními vlastnostmi není vždy jednoznačně daný, což znamená že, velmi odlišné molekuly mohou mít velmi podobné vlastnosti. Mezi oblasti zahrnující průzkum chemického prostoru patří materiálové inženýrství a vývoj léčiv.

OdkazyEditovat

ReferenceEditovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Chemical space na anglické Wikipedii.

  1. REYMOND, J.-L.; AWALE, M. Exploring chemical space for drug discovery using the chemical universe database.. ACS Chem. Neurosci.. 2012, s. 649–657. DOI 10.1021/cn3000422. PMID 23019491. (anglicky) 
  2. RUDLING, Axel; GUSTAFSSON, Robert; ALMLÖF, Ingrid; HOMAN, Evert; SCOBIE, Martin; WARPMAN BERGLUND, Ulrika; HELLEDAY, Thomas. Fragment-Based Discovery and Optimization of Enzyme Inhibitors by Docking of Commercial Chemical Space. Journal of Medicinal Chemistry. 2017-10-12, s. 8160–8169. ISSN 1520-4804. DOI 10.1021/acs.jmedchem.7b01006. PMID 28929756. (anglicky) 
  3. BOHACEK, R .S.; C. MCMARTIN; W. C. GUIDA. The art and practice of structure‐based drug design: A molecular modeling perspective. Medicinal Research Reviews. 1999, s. 3–50. DOI 10.1002/(SICI)1098-1128(199601)16:1<3::AID-MED1>3.0.CO;2-6. PMID 8788213. (anglicky) 
  4. KIRKPATRICK, P.; C. ELLIS. Chemical space. Nature. 2004, s. 823-865. Dostupné online. DOI 10.1038/432823a. Bibcode 2004Natur.432..823K. (anglicky) 
  5. Mirza, A.; Desai, R.; Reynisson, J. Known drug space as a metric in exploring the boundaries of drug-like chemical space.. Eur. J. Med. Chem.. 2009, s. 5006–5011. DOI 10.1016/j.ejmech.2009.08.014. PMID 19782440. (anglicky) 
  6. Bade, R.; Chan, H.F.; Reynisson, J. Characteristics of known drug space. Natural products, their derivatives and synthetic drugs.. Eur. J. Med. Chem.. 2010, s. 5646–5652. DOI 10.1016/j.ejmech.2010.09.018. PMID 20888084. (anglicky) 
  7. Matuszek, A. M.; Reynisson, J. Defining Known Drug Space Using DFT.. Mol. Inform.. 2016, s. 46–53. DOI 10.1002/minf.201500105. PMID 27491789. (anglicky) 
  8. CAS REGISTRY - The gold standard for chemical substance information [online]. [cit. 2020-01-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  9. L. Ruddigkeit; R. VAN DEURSEN; L. C. BLUM; J.-L. REYMOND. Enumeration of 166 Billion Organic Small Molecules in the Chemical Universe Database GDB-17. J. Chem. Inf. Model.. 2012, s. 2864–2875. DOI 10.1021/ci300415d. PMID 23088335. (anglicky) 
  10. M. Awale; R. VAN DEURSEN; J. L. REYMOND. MQN-Mapplet: Visualization of Chemical Space with Interactive Maps of DrugBank, ChEMBL, PubChem, GDB-11, and GDB-13. J. Chem. Inf. Model.. 2013, s. 509–18. DOI 10.1021/ci300513m. PMID 23297797. (anglicky) 
  11. L. Ruddigkeit; L. C. BLUM; J.-L. REYMOND. Visualization and Virtual Screening of the Chemical Universe Database GDB-17. J. Chem. Inf. Model.. 2013, s. 56–65. Dostupné online. DOI 10.1021/ci300535x. PMID 23259841. (anglicky) 

Související článkyEditovat