Analoga in MolDraw mit Tanimoto-Ähnlichkeit direkt vergleichen
Kurzantwort: Installiere Compare molecules über Settings › Plugins, zeichne dein Referenzmolekül, öffne den Tab Compare und drücke Add canvas. Füge weitere Strukturen als SMILES ein, eine pro Zeile, und drücke Add SMILES. Jede Zeile zeigt einen Wert für die strukturelle Ähnlichkeit (Tanimoto), einen für die funktionelle Ähnlichkeit und eine kurze Liste der Änderungen. Mit CSV exportierst du die Tabelle.
Warum „ähnlich“ in Zahlen fassen?
Chemiker sagen ständig, zwei Moleküle seien „ähnlich“. Frag drei Leute, wie ähnlich sich Paracetamol und Aspirin sind, und du bekommst drei Antworten. Ein Ähnlichkeitswert gibt allen denselben Maßstab.
Das ist wichtig, wenn du eine Analogon-Reihe bearbeitest, Verbindungen zum Testen auswählst oder Struktur-Wirkungs-Beziehungen unterrichtest. Mit einem Wert kannst du eine Liste sortieren, statt nach Augenmaß zu urteilen. Eine Liste der Änderungen zeigt dir, was sich tatsächlich von der Referenz unterscheidet.
Was Tanimoto-Ähnlichkeit bedeutet
Die Software wandelt jedes Molekül zuerst in einen Fingerprint um: eine lange Reihe von An/Aus-Bits. Jedes Bit hält fest, ob ein Strukturmerkmal wie ein Ring oder ein kleines Fragment vorhanden ist.
Der Tanimoto-Koeffizient vergleicht zwei Fingerprints. Zähle die Bits, die in beiden Molekülen gesetzt sind, und teile sie durch die Bits, die in mindestens einem gesetzt sind. Hat Molekül A a gesetzte Bits, B b und teilen sie sich c, dann gilt T = c / (a + b − c). Ein Wert von 1 (100 %) bedeutet identische Fingerprints, ein Wert von 0 keine gemeinsamen Merkmale.
Drei Punkte solltest du im Kopf behalten:
- Der Wert hängt vom Fingerprint ab. Dasselbe Paar kann in verschiedenen Programmen unterschiedlich abschneiden; vergleiche Zahlen daher nur innerhalb eines Tools.
- Solche Fingerprints ignorieren die Stereochemie. Zwei Enantiomere erhalten denselben Fingerprint.
- Ähnliche Strukturen haben oft, aber nicht immer, eine ähnliche Wirkung. Schon eine kleine Änderung kann die Aktivität ausschalten.
Was das Plugin zeigt
| Strukturelle Ähnlichkeit | Tanimoto-Wert auf einem Struktur-Fingerprint (gleiche Atome und Bindungen). |
|---|---|
| Funktionelle Ähnlichkeit | Ähnlichkeit der Pharmakophor-Merkmale: H-Brücken-Donoren und -Akzeptoren, aromatische Ringe, Ladungen, Halogene und hydrophobe Gruppen. |
| Änderungen | Verständlich formulierte Unterschiede zur Referenz, etwa Cl → H, dazu Hinweise wie ein Unterschied an einem Stereozentrum oder in der Protonierung. |
| 2D, 3D, Properties | Zeichnungen nebeneinander mit farbig markierten Unterschieden, eine 3D-Überlagerung mit RMSD sowie eine Tabelle physikochemischer Eigenschaften und der Druglikeness. |
| CSV | Exportiert die Vergleichstabelle mit Werten, Änderungen und Eigenschaften. |
So installierst du Compare molecules
- Öffne den MolDraw-Editor und melde dich an. Ein kostenloses Konto genügt.
- Klicke auf Settings (das Zahnrad) und dann auf Plugins.
- Klicke neben Compare Molecules auf Install. Im Analysebereich erscheint ein Tab Compare.
So vergleichst du eine Reihe Schritt für Schritt
- Zeichne das Referenzmolekül auf die Zeichenfläche.
- Öffne den Tab Compare und drücke Add canvas. Das erste Molekül der Liste ist die Referenz. Befinden sich mehrere Moleküle auf der Zeichenfläche, wird jedes hinzugefügt.
- Füge weitere Strukturen in das SMILES-Feld ein, eine pro Zeile. Nach einem Leerzeichen kannst du einen Namen ergänzen, zum Beispiel
CC(=O)Nc1ccc(O)cc1 paracetamol. - Drücke Add SMILES. Jede Zeile zeigt nun ihre Werte im Vergleich zur Referenz.
- Klicke auf eine Zeile, um Reference und Selected nebeneinander zu sehen. Farbige Atome markieren Unterschiede bei Stereo, Charge und Not shared. Haben beide ein gemeinsames Grundgerüst, setze ein Häkchen bei Overlay, um sie übereinander zu zeichnen.
- Wechsle zu 3D und drücke Run 3D comparison, um Konformere zu überlagern, oder zu Properties für eine Eigenschaftstabelle im direkten Vergleich.
- Klicke auf den Stern in einer beliebigen Zeile, um sie zur neuen Referenz zu machen. Drücke CSV, um die Tabelle zu speichern, oder Clear, um neu zu beginnen.
Einsatz in Unterricht und Labor
- Stereoisomere unterrichten: Vergleiche ein Molekül mit seinem Enantiomer. Der Tanimoto-Wert ist 100 %, doch der Hinweis besagt, dass sich die Strukturen an einem Stereozentrum unterscheiden. So sehen Studierende, warum ein Fingerprint nicht die ganze Wahrheit ist.
- Säuren und ihre Salze: Vergleiche eine Carbonsäure mit ihrem Carboxylat. Das Plugin meldet, dass das Gerüst gleich ist und sich Ladung bzw. Protonierung unterscheiden.
- Analogon-Reihen: Füge eine Liste von Analoga ein und lies die Spalte mit den Änderungen. Du siehst auf einen Blick, welche Ringposition oder welchen Substituenten jedes Analogon verändert.
- Scaffold Hopping: Ein niedriger struktureller Wert bei höherem funktionellem Wert kann darauf hindeuten, dass ein neues Grundgerüst ähnliche Merkmale wie Donoren, Akzeptoren und aromatische Ringe beibehält.
- Datenbanktreffer: Im ChEMBL-Plugin fügst du eine Verbindung mit Send to Compare direkt zur Tabelle hinzu.
Tipps und ehrliche Grenzen
- Lies die Spalte mit den Hinweisen, nicht nur den Wert. Auch ein Tanimoto-Wert von 100 % kann Unterschiede bei Stereochemie oder Ladung verbergen.
- Zeichne Keile, wo die Stereochemie wichtig ist, damit das Plugin die beabsichtigten Konfigurationen vergleicht.
- Ähnlichkeitswerte sagen keine Aktivität voraus. Nutze sie, um eine Reihe zu ordnen, und prüfe dann die Daten.
- Die Eigenschaftswerte im Tab Properties sind Schätzungen. Mit einem Sternchen markierte Zeilen verwenden einen Ersatzdeskriptor.
- Du brauchst SMILES aus Namen? Nutze den Name-in-SMILES-Konverter und füge die Ergebnisse dann ein.
Du prüfst eine Reihe auf Druglikeness? Kombiniere die Tabelle mit dem Lipinski-Regel-Rechner.
Fragen und Antworten
Was bedeutet ein Tanimoto-Wert von 100 %?
Die beiden Fingerprints sind identisch. Das heißt nicht immer, dass die Moleküle identisch sind, denn der Fingerprint ignoriert die Stereochemie. Unterschiede bei Stereozentren und Ladungen meldet das Plugin separat in den Hinweisen.
Was ist der Unterschied zwischen struktureller und funktioneller Ähnlichkeit?
Die strukturelle Ähnlichkeit ist ein Tanimoto-Wert auf einem Struktur-Fingerprint und belohnt gleiche Atome und Bindungen. Die funktionelle Ähnlichkeit vergleicht Pharmakophor-Merkmale: H-Brücken-Donoren und -Akzeptoren, aromatische Ringe, Ladungen, Halogene und hydrophobe Gruppen.
Kann ich das Referenzmolekül ändern?
Ja. Das erste hinzugefügte Molekül ist die Referenz. Klicke auf den Stern in einer beliebigen Zeile, um dieses Molekül zur Referenz zu machen; die Werte werden dann neu berechnet.
Ist das Plugin Compare molecules kostenlos?
Ja. Du installierst es mit einem kostenlosen MolDraw-Konto. Der Vergleich wird mit OpenChemLib in deinem Browser berechnet.