Эволюция языков формализованного описания структуры химических соединений

Основными достоинствами ФКСП являются, во-первых, тот факт, что в его основе лежат естественнонаучные принципы выделения активных центров, во-вторых, линейная структура, в-третьих, сравнительная простота. Однако ФКСП не дает полной информации о взаимном расположении фрагментов. Поэтому был предложен новый способ кодирования (Avidon et al., 1982).

Согласно этому способу структура соединения представлена в виде неориентированного графа, вершины которого изображают дескрипторные центры (ДЦ), а ребра — пути между ДЦ. Метки вершин соответствуют ДЦ, а метки ребер — длине пути в числе атомных связей.

Матрица смежности такого графа, содержащая метки вершин и ребер, может быть названа матрицей связности дескрипторных центров (МСДЦ).

Диагональными элементами этой матрицы являются ДЦ, а матричные внедиагональные элементы содержат информацию об атомных цепях, связывающих ДЦ.

Принято выделять кратчайшую и все остальные возможные цепи длиной не более 10 связей, указывается наличие сопряжения по данной цепи, а также обозначается одна из следующих ситуаций:

• все связи в цепи одинарные,
• имеются кратные связи, в) все связи ароматические,
• часть связей ароматическая. Учитывается также ситуация, когда ДЦ имеют один или несколько общих атомов (взаимно входящие ДЦ). Такая ситуация характерна для гетероатомов в цикле и циклов, конденсированных по ребру и т. д.

Последующее развитие языка МСДЦ — язык, в котором соединение описывается матрицей геометрии дескрипторных центров (МГДЦ). В качестве внедиагональных матричных элементов МГДЦ принимаются геометрические расстояния между ДЦ. Точкой начала отсчета расстояний служат средние значения координат атомов, входящие в ДЦ. Для циклических ДЦ вводятся угловые характеристики взаимного расположения центров.

Пример записи одной и той же структуры языками ФКСП, МСДЦ, МГДЦ приводится на рисунке и в таблицах ниже.

Семейство оригинальных специализированных языков
для анализа химической структуры

Кодовая запись структуры в языке ФКСП (с отнесением дескрипторов к фрагментам). Запись этой структуры в кодах языков МСДЦ и МГДЦ см. в таблицах ниже. Кружками отмечены дескрипторные центры.

МСДЦ для структуры I

Примечание: Диагональные элементы — коды дескрипторных центров; внедиагональные элементы — расстояния в числе связей с характеристикой пути; структура соединения изображена на рисунке выше.

МГДЦ для структуры I

Примечание: Внедиагональные элементы — расстояния в ангстремах.

Дальнейшее развитие языка МГДЦ, по мнению авторов цитируемой работы, — описание соединения в виде матрицы геометрии заряженных центров (МГЗЦ): имена ДЦ в этом случае заменяются их электронными и пространственными характеристиками (заряд на атоме, порядок связи, плотность π-электронов и т. д.).

Таким образом, развитие языков идет в сторону все более детального описания молекулы путем использования данных квантовохимических и конформационных расчетов. Описание ХС все более приближается к той форме, которая была принята в работах Кира (Kjer, 1970). Вначале такое описание казалось очень усложненным, что, собственно говоря, и привело к созданию простого языка ФКСП.

Очевидно, что подобное полное описание соединения показателями, определяющими электронную структуру и конформацию, значительно усложняет кодирование. Однако расчет названных показателей на быстродействующих ЭВМ и автоматическое кодирование может упростить процедуру.

В то же время подобное описание дает важную информацию о природе фармакофора и о механизме его действия.

Анализ этой эволюции языков показывает, что каждый последующий язык не отменяет предыдущего, а существующий набор языков (ФКСП, МСДЦ, МГДЦ, в будущем — МГЗЦ) может быть использован для решения различных задач: выбор языка определяется целями работы.

Можно думать, что для поиска сходства тестируемого соединения с другими, чья фармакологическая активность известна, достаточно использовать язык ФКСП. Возможность быстрого кодирования и быстрого перебора всего массива, составляющего обучающую выборку на языке ФКСП, сделает его применение эффективным для данной задачи. В то же время, например, определение биологической или фармакологической активности ХС одновременно методами подструктурного анализа, а также и методами, использующими корреляцию между физико-химическими характеристиками и биологической активностью, если последние используют квантовохимические индексы, целесообразно проводить, используя язык МГЗЦ.

По-видимому, языки типа МГДЦ, МГЗЦ также предпочтительнее языка ФКСП, когда необходимо найти фармакофоры, характерные для ХС с определенными биологической и фармакологической активностями, если в конечном итоге решается задача, связанная с изучением механизма взаимодействия с рецептором.

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

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,…