Los descriptores moleculares juegan un papel fundamental en la química, las ciencias farmacéuticas, la política de protección ambiental y las investigaciones en salud, así como en el control de calidad, siendo la forma en que las moléculas, consideradas como cuerpos reales, se transforman en números, lo que permite un tratamiento matemático de la sustancia química. información contenida en la molécula. Esto fue definido por Todeschini y Consonni como:
" El descriptor molecular es el resultado final de un procedimiento lógico y matemático que transforma la información química codificada dentro de una representación simbólica de una molécula en un número útil o el resultado de algún experimento estandarizado " . [1]
Según esta definición, los descriptores moleculares se dividen en dos categorías principales: medidas experimentales , como log P , refractividad molar , momento dipolar , polarizabilidad y, en general, propiedades físico-químicas aditivas y descriptores moleculares teóricos , que se derivan de una representación simbólica de la molécula y se puede clasificar adicionalmente según los diferentes tipos de representación molecular. [2]
Las principales clases de descriptores moleculares teóricos son: 1) descriptores 0D (es decir, descriptores constitucionales, descriptores de recuento), 2) descriptores 1D (es decir, lista de fragmentos estructurales, huellas dactilares), 3) descriptores 2D (es decir, invariantes de gráficos), 4 ) Descriptores 3D (como, por ejemplo, descriptores 3D-MoRSE, descriptores WHIM, descriptores GETAWAY, descriptores químicos cuánticos, descriptores de tamaño, estérico, superficie y volumen), 5) descriptores 4D (como los derivados de GRID o Métodos CoMFA, Volsurf).
Propiedades de invarianza de los descriptores moleculares
Las propiedades de invariancia de los descriptores moleculares se pueden definir como la capacidad del algoritmo para su cálculo de dar un valor de descriptor que es independiente de las características particulares de la representación molecular, como numeración o etiquetado de átomos, marco de referencia espacial, conformaciones moleculares, etc. Se supone que la invariancia a la numeración o etiquetado molecular es un requisito básico mínimo para cualquier descriptor.
Otras dos propiedades de invariancia importantes, la invariancia de traslación y la invariancia de rotación , son la invariancia de un valor descriptor para cualquier traslación o rotación de las moléculas en el marco de referencia elegido. Estas últimas propiedades de invariancia son necesarias para los descriptores 3D.
Degeneración de descriptores moleculares
Esta propiedad se refiere a la capacidad de un descriptor de evitar valores iguales para diferentes moléculas. En este sentido, los descriptores no pueden mostrar degeneración alguna, degeneración baja, intermedia o alta. Por ejemplo, el número de átomos de moléculas y los pesos moleculares son descriptores de alta degeneración, mientras que, por lo general, los descriptores 3D muestran una degeneración baja o nula.
Requisitos básicos para descriptores óptimos
- Debería tener interpretación estructural
- Debe tener una buena correlación con al menos una propiedad
- Debe discriminar preferiblemente entre isómeros
- Debería ser posible aplicar a la estructura local.
- Debería ser posible generalizar a descriptores "superiores"
- Debería ser simple
- No debe basarse en propiedades experimentales.
- No debe relacionarse trivialmente con otros descriptores.
- Debería ser posible construir de manera eficiente
- Debería utilizar conceptos estructurales familiares
- Debería cambiar gradualmente con un cambio gradual en las estructuras.
- Debe tener la dependencia de tamaño correcta, si está relacionada con el tamaño de la molécula
Software para el cálculo de descriptores moleculares
Aquí hay una lista de una selección de herramientas de cálculo de descriptores comerciales y gratuitas.
Nombre | Descriptores | Huellas dactilares | CLI | GUI | KNIME | Comentarios | Licencia | Sitio web | Último lanzamiento |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
alvaDesc [3] | 5666 | sí | sí | sí | sí | Disponible para Windows, Linux y macOS | Propietario , comercial | https://www.alvascience.com/alvadesc/ | 2021 |
Dragón [4] | 5270 | sí | sí | sí | sí | Interrumpido | Propietario , comercial | https://chm.kode-solutions.net/products_dragon.php | 2018 |
Mordred [5] | 1825 | No | sí | No | No | Basado en RDKit | Código abierto gratuito | https://github.com/mordred-descriptor | 2018 |
Descriptor de PaDEL [6] | 1875 | sí | sí | sí | sí | Basado en CDK | Código abierto gratuito | http://www.yapcwsoft.com/dd/padeldescriptor/ | 2014 |
Ver también
Referencias
- ^ Todeschini, Roberto; Consonni, Viviana. Manual de descriptores moleculares . Wiley. ISBN 978-3-527-29913-3.
- ^ Mauri, Andrea; Consonni, Viviana; Todeschini, Roberto. "Descriptores moleculares". Manual de Química Computacional . Springer International Publishing. págs. 2065–2093. ISBN 978-3-319-27282-5.
- ^ Mauri, A. (2020). alvaDesc: una herramienta para calcular y analizar descriptores moleculares y huellas dactilares. En K. Roy (Ed.), Ecotoxicological QSARs (págs. 801–820). Humana Press Inc. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-0150-1_32
- ^ Mauri, A., Consonni, V., Pavan, M. y Todeschini, R. (2006). Software Dragon: un enfoque sencillo para los cálculos de descriptores moleculares. Coincidir comunicaciones en matemáticas y en química informática, 56 (2), 237–248.
- ^ Moriwaki, H., Tian, YS, Kawashita, N. y Takagi, T. (2018). Mordred: una calculadora de descriptores moleculares. Journal of Cheminformatics, 10 (1), 1-14. https://doi.org/10.1186/s13321-018-0258-y
- ^ Yap, CW (2011). PaDEL-descriptor: un software de código abierto para calcular descriptores moleculares y huellas dactilares. Revista de Química Computacional. https://doi.org/10.1002/jcc.21707
Otras lecturas
- Roberto Todeschini y Viviana Consonni, Descriptores moleculares para quimioinformática (2 volúmenes), Wiley-VCH, 2009.
- Mati Karelson, Descriptores moleculares en QSAR / QSPR, John Wiley & Sons, 2000.
- James Devillers y Alexandru T. Balaban (Eds.), Índices topológicos y descriptores relacionados en QSAR y QSPR. Taylor y Francis, 2000.
- Lemont Kier y Lowell Hall, descripción de la estructura molecular. Prensa académica, 1999.
- Alexandru T. Balaban (Ed.), De la topología química a la geometría tridimensional. Plenum Press, 1997