Similarità chimica: differenze tra le versioni

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Per similarità chimica (o similarità molecolare) si intende la somiglianza di elementi chimici, molecole o composti chimici rispetto a qualità strutturali o funzionali, cioè rispetto all'effetto che i composti chimici hanno sulle altre sostanze coinvolte nelle reazioni in ambienti inorganici o biologici. Gli effetti biologici e quindi anche la somiglianza degli effetti sono solitamente misurati dall'attività biologica di un composto chimico. In parole povere, la funzione può essere legato all'attività chimica dei composti (oltre ad altri fattori).

La similarità chimica (o similarità molecolare) è uno dei più importanti concetti nella chemioinformatica^[1]^[2]. Gioca un ruolo importante nell'approccio moderno alla previsione delle proprietà dei composti chimici, nella produzione di sostanze chimiche con un predefinito gruppo di proprietà e, specialmente, nello sviluppo di studi sulla progettazione di farmaci esaminando grandi archivi contenenti strutture di sostanze chimiche disponibili (o potenzialmente disponibili). Questi studi sono basati sul principio delle proprietà simili di Johnson e Maggiora, che afferma: composti simili hanno proprietà simili^[1].

Misure di similarità

La similarità è spesso descritta come l'inverso di una misura di distanza nello spazio descrittore. Le misure di distanza possono essere classificate in misure euclidee e misure non euclidee a seconda se resta valida la disuguaglianza triangolare.

Ricerca della similarità e screening

Lo screening virtuale basato sulla similarità^[3] (una specie di screening virtuale basato sul legante) assume che tutti i composti in una base dati che siano simili a un composto oggetto di un'interrogazione abbiano un'attività biologica simile. Sebbene quest'ipotesi non sia sempre valida^[4], abbastanza spesso la serie di composti recuperati si arricchisce notevolmente di principi attivi^[5]. Per raggiungere un'alta efficacia dello screening basato sulla similarità, nel caso di basi dati contenenti milioni di composti, le strutture molecolari sono di solito rappresentate da schermi molecolari (chiavi strutturali) o da "impronte digitali molecolari" di dimensioni fisse o variabili. Gli schermi e le impronte digitali molecolari possono contenere sia informazioni 2D che 3D. Tuttavia, le impronte digitali 2D, che sono un tipo di descrittori di frammenti binari, dominano in quest'area. Le chiavi strutturali basate su frammenti, come le chiavi MDL^[6], sono sufficientemente buone per gestire basi dati chimiche di piccole e medie dimensioni, mentre il trattamento di grandi basi dati è effettuato con le impronte digitali che hanno una densità di informazioni molto superiori. Le impronte digitali Daylight, basate sui frammenti^[7], BCI^[8], e le impronte digitali UNITY 2D (Tripos^[9]) sono gli esempi più noti. La misura di similarità più popolare per confrontare le strutture chimiche rappresentate per mezzo di impronte digitali è il coefficiente T di Tanimoto (o di Jaccard). Due strutture sono di solito considerate simili se $T>0,85$ (per le impronte digitali Daylight).

Note

^ ^a ^b A. M. Johnson, G. M. Maggiora, Concepts and Applications of Molecular Similarity, New York, John Willey & Sons, 1990.
^ N. Nikolova, J. Jaworska, Approaches to Measure Chemical Similarity - a Review, in QSAR & Combinatorial Science, vol. 22, n. 9-10, 2003, pp. 1006–1026, DOI:10.1002/qsar.200330831.
^ S. A. Rahman, M. Bashton, G. L. Holliday, R. Schrader and J. M. Thornton, Small Molecule Subgraph Detector (SMSD) toolkit, Journal of Cheminformatics 2009, 1:12. DOI:10.1186/1758-2946-1-12
^ H. Kubinyi, Similarity and Dissimilarity: A Medicinal Chemist’s View, in Persp. Drug Discov. Design, vol. 9-11, 1998, pp. 225–252, DOI:10.1023/A:1027221424359.
^ Y. C. Martin, J. L. Kofron, L. M. Traphagen, Do structurally similar molecules have similar biological activity?, in J. Med. Chem., vol. 45, n. 19, 2002, pp. 4350–4358, DOI:10.1021/jm020155c.
^ J. L. Durant, B. A. Leland, D. R. Henry, J. G. Nourse, Reoptimization of MDL Keys for Use in Drug Discovery, in J. Chem. Inf. Comput. Sci., vol. 42, n. 6, 2002, pp. 1273–1280.
^ Daylight Chemical Information Systems Inc., su daylight.com.
^ Barnard Chemical Information Ltd., su bci.gb.com.
^ Tripos Inc., su tripos.com.

Collegamenti esterni

(EN) Small Molecule Subgraph Detector (SMSD) - is a Java based software library for calculating Maximum Common Subgraph (MCS) between small molecules. This will help us to find similarity/distance between two molecules. MCS is also used for screening drug like compounds by hitting molecules, which share common subgraph (substructure).
(EN) Chemical Similarity (QSAR World)
(EN) Similarity Principle
(EN) Fingerprint-based Similarity used in QSAR Modeling
(EN) Brutus is a similarity analysis tool based on molecular interaction fields.

Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia

[johnson_1990-1] A. M. Johnson, G. M. Maggiora, Concepts and Applications of Molecular Similarity, New York, John Willey & Sons, 1990.

[nikolova_2003-2] N. Nikolova, J. Jaworska, Approaches to Measure Chemical Similarity - a Review, in QSAR & Combinatorial Science, vol. 22, n. 9-10, 2003, pp. 1006–1026, DOI:10.1002/qsar.200330831.

[SMSD09-3] S. A. Rahman, M. Bashton, G. L. Holliday, R. Schrader and J. M. Thornton, Small Molecule Subgraph Detector (SMSD) toolkit, Journal of Cheminformatics 2009, 1:12. DOI:10.1186/1758-2946-1-12

[kubinyi_1998-4] H. Kubinyi, Similarity and Dissimilarity: A Medicinal Chemist’s View, in Persp. Drug Discov. Design, vol. 9-11, 1998, pp. 225–252, DOI:10.1023/A:1027221424359.

[5] Y. C. Martin, J. L. Kofron, L. M. Traphagen, Do structurally similar molecules have similar biological activity?, in J. Med. Chem., vol. 45, n. 19, 2002, pp. 4350–4358, DOI:10.1021/jm020155c.

[durant_2002-6] J. L. Durant, B. A. Leland, D. R. Henry, J. G. Nourse, Reoptimization of MDL Keys for Use in Drug Discovery, in J. Chem. Inf. Comput. Sci., vol. 42, n. 6, 2002, pp. 1273–1280.

[daylight-7] Daylight Chemical Information Systems Inc., su daylight.com.

[bci-8] Barnard Chemical Information Ltd., su bci.gb.com.

[tripos-9] Tripos Inc., su tripos.com.

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[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

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[9]

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 == Misure di similarità ==
 La similarità è spesso descritta come l'[[Elemento inverso|inverso]] di una [[Distanza|misura di distanza]] nello [[Descrittore molecolare|spazio descrittore]]. Le misure di distanza possono essere classificate in [[Distanza euclidea|misure euclidee]] e misure non euclidee a seconda se resta valida la [[disuguaglianza triangolare]].
+== Ricerca della similarità e ''screening'' ==
+Lo ''screening virtuale'' basato sulla similarità<ref name="SMSD09">S. A. Rahman, M. Bashton, G. L. Holliday, R. Schrader and J. M. Thornton, Small Molecule Subgraph Detector (SMSD) toolkit, Journal of Cheminformatics 2009, 1:12.  DOI:10.1186/1758-2946-1-12</ref> (una specie di ''screening'' virtuale basato sul legante) assume che tutti i composti in una base dati che siano simili a un composto oggetto di un'interrogazione abbiano un'attività biologica simile. Sebbene quest'ipotesi non sia sempre valida<ref name="kubinyi_1998">{{cite journal | doi = 10.1023/A:1027221424359 | author = H. Kubinyi | title = Similarity and Dissimilarity: A Medicinal Chemist’s View | journal = Persp. Drug Discov. Design | year = 1998 | volume = 9-11 | pages = 225–252}}</ref>, abbastanza spesso la serie di composti recuperati si arricchisce notevolmente di principi attivi<ref = "martin_2002">{{cite journal | doi = 10.1021/jm020155c | author = Y. C. Martin, J. L. Kofron, L. M. Traphagen | title = Do structurally similar molecules have similar biological activity? | journal = J. Med. Chem. | volume = 45 | issue = 19 | pages = 4350–4358 | pmid = 12213076 | year = 2002}}</ref>. Per raggiungere un'alta efficacia dello screening basato sulla similarità, nel caso di basi dati contenenti milioni di composti, le strutture molecolari sono di solito rappresentate da ''schermi molecolari'' (chiavi strutturali) o  da "impronte digitali molecolari" di dimensioni fisse o variabili. Gli schermi e le impronte digitali molecolari possono contenere sia informazioni 2D che 3D. Tuttavia, le impronte digitali 2D, che sono un tipo di descrittori di frammenti binari, dominano in quest'area. Le chiavi strutturali basate su frammenti, come le chiavi MDL<ref name="durant_2002">{{cite journal | author = J. L. Durant, B. A. Leland, D. R. Henry, J. G. Nourse | title = Reoptimization of MDL Keys for Use in Drug Discovery | journal = J. Chem. Inf. Comput. Sci. | year = 2002 | volume = 42 | issue = 6 | pages = 1273–1280 | pmid = 12444722}}</ref>, sono sufficientemente buone per gestire basi dati chimiche di piccole e medie dimensioni, mentre il trattamento di grandi basi dati è effettuato con le impronte digitali che hanno una densità di informazioni molto superiori. Le impronte digitali Daylight, basate sui frammenti<ref name="daylight">{{cite web | title = Daylight Chemical Information Systems Inc. | url = http://www.daylight.com}}</ref>, BCI<ref name="bci">{{cite web | title = Barnard Chemical Information Ltd. | url = http://www.bci.gb.com/}}</ref>, e le impronte digitali UNITY 2D (Tripos<ref name="tripos">{{cite web | title = Tripos Inc. | url = http://www.tripos.com}}</ref>) sono gli esempi più noti. La misura di similarità più popolare per confrontare le strutture chimiche rappresentate per mezzo di impronte digitali è il [[Indice di Jaccard|coefficiente ''T'' di Tanimoto (o di  Jaccard)]]. Due strutture sono di solito considerate simili se <math>T > 0,85</math> (per le impronte digitali Daylight).
 ==Note==