biblioteca de productos químicos o una biblioteca de compuestos es una colección de productos químicos almacenados que generalmente se utilizan en última instancia en el análisis de alto rendimiento o en la fabricación industrial . La biblioteca de productos químicos puede consistir en términos simples de una serie de productos químicos almacenados. Cada producto químico tiene información asociada almacenada en algún tipo de base de datos con información como la estructura química , la pureza, la cantidad y las características fisicoquímicas del compuesto.
Propósito [ editar ]
En el análisis de alto rendimiento del descubrimiento de fármacos , es conveniente analizar un objetivo de fármaco contra una selección de productos químicos que intentan aprovechar la mayor cantidad posible del espacio químico apropiado . El espacio químico de todas las estructuras químicas posibles es extraordinariamente grande. La mayoría de las bibliotecas de productos químicos almacenados no suelen tener un espacio químico completamente representado o muestreado, principalmente debido a problemas de almacenamiento y costo. Sin embargo, dado que no se pueden predecir muchas interacciones moleculares, cuanto más amplio sea el espacio químico que se muestrea en la biblioteca química, mayores serán las posibilidades de que la selección de alto rendimiento Encontrará un "golpe": un producto químico con una interacción adecuada en un modelo biológico que podría desarrollarse como un medicamento.
Un ejemplo de una biblioteca química en el descubrimiento de fármacos sería una serie de productos químicos que inhiben las cinasas, o en procesos industriales, una serie de catalizadores que se sabe que polimerizan resinas.
Generación de bibliotecas químicas [ editar ]
Las bibliotecas químicas generalmente se generan para un objetivo específico y las bibliotecas químicas más grandes podrían estar formadas por varios grupos de bibliotecas más pequeñas almacenadas en la misma ubicación. En el proceso de descubrimiento de fármacos , por ejemplo, se necesita una amplia gama de productos químicos orgánicos para probar contra modelos de enfermedades en la detección de alto rendimiento . Por lo tanto, la mayoría de la síntesis química necesaria para generar bibliotecas químicas en el descubrimiento de fármacos se basa en la química orgánica . Una empresa que está interesada en la detección de inhibidores de la quinasa en el cáncer puede limitar sus bibliotecas químicas y su síntesis a solo aquellos tipos de sustancias químicas que se sabe que tienen afinidad por los sitios de unión de ATP oSitios alostéricos .
En general, sin embargo, la mayoría de las bibliotecas químicas se enfocan en grandes grupos de series químicas orgánicas variadas donde un químico orgánico puede hacer muchas variaciones en el mismo andamio molecular o en la columna vertebral molecular . A veces, los productos químicos también se pueden comprar a proveedores externos e incluirlos en una biblioteca interna de productos químicos.
Dependiendo de su alcance y diseño, las bibliotecas químicas también pueden clasificarse como diversas orientadas, parecidas a medicamentos, similares al plomo, miméticas de péptidos, similares a productos naturales, [1] dirigidas contra una familia específica de dianas biológicas tales como quinasas, GPCR, Proteasas, PPI, etc. Entre las bibliotecas compuestas se deben anotar las Bibliotecas compuestas de fragmentos, que se utilizan principalmente para el descubrimiento de fármacos basado en fragmentos FBDD .
Diseño y optimización de bibliotecas químicas [ editar ]
Las bibliotecas químicas suelen ser diseñadas por químicos y científicos de la quimioinformática y sintetizadas por la química orgánica y la química médica . El método de generación de bibliotecas químicas generalmente depende del proyecto y hay muchos factores a considerar cuando se usan métodos racionales para seleccionar compuestos de cribado. [2]Por lo general, se analiza una variedad de productos químicos contra un objetivo específico de la droga o un modelo de enfermedad, y los "aciertos" preliminares, o productos químicos que muestran la actividad deseada, se vuelven a examinar para verificar su actividad. Una vez que están calificados como "afectados" por su capacidad de repetición y actividad, estos químicos en particular se registran y analizan. Se estudian las similitudes entre los diferentes grupos químicos, ya que a menudo reflejan un subespacio químico particular. Es posible que sea necesario realizar trabajos de química adicionales para optimizar aún más la biblioteca química en la parte activa del subespacio. Cuando es necesario, se completa más síntesis para extender la biblioteca química en ese subespacio en particular generando más compuestos que son muy similares a los impactos originales.Proceso de descubrimiento de drogas golpe a plomo .
Almacenamiento y gestión [ editar ]
El "espacio químico" de todos los productos químicos orgánicos posibles es grande y aumenta exponencialmente con el tamaño de la molécula. La mayoría de las bibliotecas de productos químicos no suelen tener un espacio químico completamente representado , principalmente debido a problemas de almacenamiento y costo.
Debido al gasto y al esfuerzo que implica la síntesis química, los productos químicos deben almacenarse y almacenarse correctamente para su uso posterior para evitar una degradación temprana. Cada producto químico tiene una vida útil y un requisito de almacenamiento particulares, y en una biblioteca de productos químicos de buen tamaño, existe un calendario según el cual los productos químicos de la biblioteca se eliminan y reemplazan de forma regular. Algunos productos químicos son bastante inestables, radiactivos, volátiles o inflamables y deben almacenarse en condiciones cuidadosas de acuerdo con las normas de seguridad tales como OSHA .
La mayoría de las bibliotecas químicas se administran con tecnologías de la información como códigos de barrasy bases de datos relacionales . Además, la robótica es necesaria para obtener compuestos en bibliotecas químicas más grandes.
Debido a que las entradas individuales de una biblioteca química pueden llegar fácilmente a millones de compuestos, el manejo de bibliotecas químicas incluso de tamaño modesto puede ser un esfuerzo de tiempo completo. La gestión de compuestos es uno de esos campos que intenta gestionar y mantener estas bibliotecas químicas, así como maximizar la seguridad y la eficacia en su gestión.
La similitud química (o similitud molecular ) se refiere a la similitud de elementos químicos , moléculas o compuestos químicos con respecto a las cualidades estructurales o funcionales, es decir, el efecto que el compuesto químico tiene sobre los compañeros de reacción en entornos inorgánicos o biológicos. Los efectos biológicos y, por lo tanto, también la similitud de los efectos, generalmente se cuantifican utilizando la actividad biológica de un compuesto. En términos generales, la función puede estar relacionada con la actividad químicade los compuestos (entre otros).
La noción de similitud química (o similitud molecular ) es uno de los conceptos más importantes en quimioinformática . [1] [2] Desempeña un papel importante en los enfoques modernos para predecir las propiedades de los compuestos químicos, diseñando químicos con un conjunto predefinido de propiedades y, especialmente, en la realización de estudios de diseño de medicamentos mediante el análisis de grandes bases de datos que contienen estructuras disponibles (o potencialmente disponible) productos químicos. Estos estudios se basan en el principio de propiedades similares de Johnson y Maggiora, que establece que: los compuestos similares tienen propiedades similares .
Medidas de similitud [ editar ]
La similitud química se describe a menudo como una inversa de una medida de distancia en el espacio del descriptor. Ejemplos de medidas de distancia inversa son los núcleos de moléculas , que miden la similitud estructural de los compuestos químicos. [3]
Búsqueda de similitud y proyección virtual [ editar ]
El análisis virtual basado en la similitud [4] (un tipo de análisis virtual basado en el ligando) asume que todos los compuestos en una base de datos que son similares a un compuesto de consulta tienen una actividad biológica similar. Aunque esta hipótesis no siempre es válida, [5] muy a menudo el conjunto de compuestos recuperados está considerablemente enriquecido con activos. [6] Para lograr una alta eficacia en la selección basada en similitud de bases de datos que contienen millones de compuestos, las estructuras moleculares generalmente se representan mediante pantallas moleculares (claves estructurales) o mediante huellas moleculares de tamaño fijo o variable. Las pantallas moleculares y las huellas dactilares pueden contener información 2D y 3D. Sin embargo, las huellas dactilares en 2D, que son una clase de descriptores de fragmentos binarios, dominan en esta área. Las claves estructurales basadas en fragmentos, como las claves MDL, [7] son lo suficientemente buenas para manejar bases de datos de productos químicos de tamaño pequeño y mediano, mientras que el procesamiento de bases de datos grandes se realiza con huellas dactilares que tienen una densidad de información mucho mayor. La luz del día basada en fragmentos, [8] BCI, [9] y las huellas dactilares UNITY 2D (Tripos [10] ) son los ejemplos más conocidos. La medida de similitud más popular para comparar estructuras químicas representadas por medio de huellas dactilares es el coeficiente T de Tanimoto (o Jaccard). Dos estructuras generalmente se consideran similares si T > 0.85 (para las huellas dactilares de Daylight). Sin embargo, es un malentendido común que una similitud de T > 0.85 refleja bioactividades similares en general ("el mito de 0.85"). [11]
Red de similitud química [ editar ]
El concepto de similitud química se puede ampliar para considerar la teoría de la red de similitud química , donde las propiedades de red descriptivas y la teoría de grafos se pueden aplicar para analizar grandes espacios químicos , estimar la diversidad química y predecir el objetivo del fármaco . Recientemente, también se han desarrollado redes de similitud química en 3D basadas en la conformación de ligando 3D, que se pueden usar para identificar ligandos de salto de andamio.
La quimioterapia (también conocida como quimioinformática , quimioinformática e informática química ) es el uso de técnicas informáticas e informativas aplicadas a una variedad de problemas en el campo de la química . Estas técnicas in silico se utilizan, por ejemplo, en compañías farmacéuticas y entornos académicos en el proceso de descubrimiento de fármacos [1] . Estos métodos también se pueden utilizar en industrias químicas y afines en otras formas.
Historia [ editar ]
Desde entonces, se han utilizado tanto la ortografía de Cheminformatics como de Chemoinformatics, y el uso ha evolucionado para establecer Cheminformatics como el término más popular [4] [5] . Mientras que la Academia Europea se estableció en 2006 para Chemoinformatics, [6] el establecimiento en 2009 de Journal of Cheminformatics es un fuerte impulso hacia la variante más corta.
Conceptos básicos [ editar ]
Cheminformatics combina los campos de trabajo científico de química , informática y ciencias de la información,por ejemplo, en las áreas de topología , teoría de gráficos químicos , recuperación de información y extracción de datos en el espacio químico . [7] [1] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] La cheminformática también se puede aplicar al análisis de datos para varias industrias como papel y pulpa , tintes y similares. industrias
Aplicaciones [ editar ]
Almacenamiento y recuperación [ editar ]
La aplicación principal de la quiminformática se encuentra en el almacenamiento, indexación y búsqueda de información relacionada con compuestos. La búsqueda eficiente de dicha información almacenada incluye temas que se tratan en informática como la extracción de datos , la recuperación de información , la extracción de información y el aprendizaje automático . Temas de investigación relacionados incluyen:
- Datos no estructurados
- Los datos estructurados minería y la minería de datos estructurados
- Bibliotecas digitales
Formatos de archivo [ editar ]
La representación in silico de estructuras químicas utiliza formatos especializados como el lenguaje de marcado químico basado en XML o SMILES . Estas representaciones se utilizan a menudo para el almacenamiento en grandes bases de datos de productos químicos . Mientras que algunos formatos son adecuados para representaciones visuales en 2 o 3 dimensiones, otros son más adecuados para estudiar interacciones físicas, modelos y estudios de acoplamiento.
Bibliotecas virtuales [ editar ]
Los datos químicos pueden pertenecer a moléculas reales o virtuales. Las bibliotecas virtuales de compuestos pueden generarse de varias maneras para explorar el espacio químico y formular hipótesis de nuevos compuestos con propiedades deseadas.
Las bibliotecas virtuales de clases de compuestos (medicamentos, productos naturales, productos sintéticos orientados a la diversidad) se generaron recientemente utilizando el algoritmo FOG (crecimiento optimizado de fragmentos). [16] Esto se hizo mediante el uso de herramientas de información química para entrenar las probabilidades de transición de una cadena de Markov en clases auténticas de compuestos, y luego usar la cadena de Markov para generar compuestos nuevos que fueran similares a la base de datos de entrenamiento.
Proyección virtual [ editar ]
En contraste con la selección de alto rendimiento , la selección virtual implica la selección computacional enbibliotecas de compuestos de silico , por medio de varios métodos como el acoplamiento , para identificar miembros que probablemente posean las propiedades deseadas, como la actividad biológica contra un objetivo determinado [1] [7] [8] [9] [10] [13] . En algunos casos, la química combinatoria se utiliza en el desarrollo de la biblioteca para aumentar la eficiencia en la minería del espacio químico. Más comúnmente, se examina una biblioteca diversa de moléculas pequeñas o productos naturales .
Relación estructura-actividad cuantitativa (QSAR) [ editar ]
Este es el cálculo de los valores de la relación cuantitativa estructura-actividad y la relación cuantitativa de propiedad de la estructura , que se utiliza para predecir la actividad de los compuestos a partir de sus estructuras. En este contexto también existe una fuerte relación con la quimiometría . Los sistemas expertos enquímicos también son relevantes, ya que representan partes del conocimiento químico como una representación in silico . Existe un concepto relativamente nuevo de análisis de pares moleculares pareados o MMPA impulsado por la predicción que se acopla con el modelo QSAR para identificar el acantilado de actividad.
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