Molecular descriptor

 Ref: Molecular Descriptors for Chemoinformatics Volume II: Appendices, References

• QSAR มีที่มาจากงานในกลุ่มของพิษวิทยา เพื่อที่จะหาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสรา้งของสารเคมี กับ potent toxicity ซึ่งมันบันทึกอยู่ในเอกสารประมาณ 100 กว่าปีแล้ว

• เช่น มีการสังเกตว่า primary aliphatic alcohol which soluble in water มีพิษต่อคน ซึ่งเป็นการหาความสัมพันธ์ระหว่าง molecular structure+property = toxicity

• Crum-Brown and Fraser (1868-1869) พยายามหาสัมพันธ์ระหว่าง function (f) of its chemical constitution (c) vs physiological action of a substance in a certain biological system  (Φ)

                                   

                                  Φ  = f(c)

•  ด้วยฟังก์ชั่นของเครื่องหมาย integration ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของตัวแปร ดังนั้นแล้วการที่มีการเปลี่ยนแปลง chemical constituent จึงหมายถึงผลกระทบต่อ physiological action ของbiological system

• สมการตัวนี้ ถือว่าเป็นสมการตัวแรกที่บอกถึง ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่าง โครงสร้าง กับ activity (quantitative structure-activity relationship)

Ref: An introduction to Chemoinformatics

การศึกษาทางด้าน Chemoinformatics สิ่งสำคัญคือการ transform chemical structure ให้อยู่ในรูปแบบที่คอมพิวเตอร์สามารถนำเอาไปวิเคราะห์ได้ นั่นก็คือ การแปลงข้อมูลดครงสร้างทางเคมี เป็นตัวเลข ซึ่งมีอยู่หลายวิธีในการที่จะ represent โครงสร้างสารเคมีให้อยู่ในรูปของตัวเลข

• Chemical structures -- stored in computers as molecular graphs.

• Graph theory

• G (graph) = node and edge

• Thus, molecular graph

• Node -- atom

• Edge -- bonds

• Graph theory represents only topology -- not all chemical information is represented by graph theory.

• Subgraph is a subset of the nodes and edges of a graph

• For example, graph for benzene is a subgraph of the graph for aspirin.

Connection table: communication between chemist and computer

• List of all atoms

• List of bonds

More compact way to represent the chemical structure: linear notation -- the widespread one -- the Simplified Molecular Input Line Entry Specification (SMILES)

SMILE

• Upper case -- aliphatic atom

• Lower case -- aromatic atom

• Hydrogen atom -- not show

• Double bond -- “=”

• Triple bond -- “#”

• Single and aromatic  -- not show by any symbol (except in special case)

• More rules ..

Substructure searching

• Graph theory -- using for substructure search

Most left -- query to search for the other compound which contains the same substructure.

SMARTS -- an extension of the SMILES language for substructure specification.