2 ноября 2012

Кодирование структур химических соединений

Код структуры ХС — это описание структуры на языке, пригодном для ввода ее в ЭВМ, ее хранения в памяти ЭВМ и различных операций над структурой, производимых с помощью ЭВМ, Коды могут быть каноническими, если структура всегда записывается однозначным кодом без изоморфных форм, и соответственно неканоническими. Они могут быть полными (передающими структуру во всех подробностях) и неполными (передающими лишь основные черты структуры).

По способу передачи информации о структуре коды делятся на топологические и фрагментарные. Первые передают информацию обо всех атомах и их связях между собой в молекуле, т. е. топологию молекулы. Фрагментарные коды представляют собой перечисление или последовательную запись структурных фрагментов молекулы. В зависимости от величины этих фрагментов различают крупно- и мелкоблочные коды.

Выбор конкретного языка кодирования ХС решающим образом зависит от цели (регистрация ХС, классификация по видам биологической активности, конструирование ХС с заданными видами (или величиной) активности, величины и разнообразия массива ХС. Известны полные описания молекул, которые соединяют данные квантовохимических и конформационных расчетов (см., например, Kier, 1970; Kaufman, Kerman, 1974), однако такие расчеты очень сложны.

В нашем случае своеобразие объекта и цели — огромный по числу и разнообразию массив ХС, классификация по всем возможным видами активности, а также анализ структурного сходства биологически активных веществ, оценка относительной новизны структуры ХС — требовало создания особого языка: дескрипторного фрагментарного кода, обладающего достаточной гибкостью и простотой, чтобы на нем можно было записывать и различать все многообразие ХС и чтобы эти операции были не слишком трудоемки (в смысле перевода графической структуры на алгебраический язык).

Главное требование к коду (языку) — слова этого языка должны быть осмысленны для биологической активности. Сравним с естественным языком: буква, слог — мелкие фрагменты, они смысла не имеют. Фраза — слишком большой фрагмент.

Оптимальный осмысленный фрагмент текста — слово. Также и в коде — фрагмент структуры не должен быть слишком мелок и слишком крупен.

Такой язык был разработан (Авидон, 1974; Авидон и др., 1974; Гитлина и др., 1981). И в его основу положено соображение о том, что каждое ХС, обладающее биологической активностью, взаимодействует с рецептором своей определенной частью (биофором, в частном случае — фармакофором) за счет образования относительно слабых химических связей, за которые отвечают определенные активные центры.

Это соображение исходит из того, что согласно принятым представлениям в биологических системах за взаимодействие рецептора и ХС отвечают преимущественно слабые невалентные взаимодействия (Волькенштейн, 1975). Среди них основную роль играют ванн-дер-ваальсовы силы взаимодействия, которые для молекул, обладающих дипольным моментом, складываются из ориентационного, индукционного и дисперсионного взаимодействия.

Наряду с ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями большую роль играют водородные связи, при которых атомы водорода, содержащиеся, например, в группах О — Н, N — Н, S — Н и др., образуют специфическую связь с атомами О, N, CI, S в той же или другой молекуле.

«Биологически активные вещества»,
Г.М.Баренбойм, А.Г.Маленков



Все тестируемые ХС проходят регистрацию и определение степени новизны, а также прогностическое установление типа потенциальной биологической (фармакологической) активности расчетными методами структурно-информационного анализа. На этом основании для веществ с невысокими значениями Q, L и М определяется та выборка тестов, через которую они должны пройти. В ряде случаев эта выборка определяется по формализованным правилам, в большинстве случаев…

В итоговом документе («Биологический паспорт»), который формируется по итогам классификации данного ХС в автоматизированной системе, излагаются цели испытаний, а также следующие сведения о тестированном ХС: исходная информация о ХС (структурная и брутто-формула, физико-химические характеристики, организация-производитель, исходное назначение); номер регистрации; степень подлинности (соответствие структур, чистота); результаты испытаний с использованием расчетных методов; оценка биологической активности и токсичных…

Можно представить схему, изображенную на рисунке ниже, в более сжатой конспективной форме, развернув все события вдоль оси времени. Смотрите рисунок — Генеральная конфигурация системы классификации ХС Такая линейная развертка событий представлена на рисунке ниже, а комментарий к ней содержится в таблице, которую можно рассматривать как расширенную подпись к этому рисунку. Смотрите рисунок — Последовательность основных…

Вся работа системы проводится в интерактивном режиме: специфика работы с биологическим тест-объектом такова, что весьма высока вероятность его отклонения от стандарта в процессе подготовки эксперимента, резкого изменения его состояния или даже гибели в процессе эксперимента и т. д. Возможны ситуации, когда результаты тестирования ХС по одной методике могут привести к изменению всего порядка последующих испытаний…

Карта информационной биотехнологии и технических средств (часть 6)

Блок 9. классификация ХС по ихспособности сенсибилизировать биологические объекты к действию Функциональное назначение Определить изменение чувствительности биологических объектов при действии на них ХС по отношению к стандартному физическому фактору (нагревание, световое облучение и другие факторы в зависимости от задачи). Знание таких характеристик позволяет: 1) прогнозировать результат комбинированного действия ХС и физфактора; 2) выявить действие ХС,…