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Similarità molecolare e ricerca di sottostrutture

In breve: incolla o disegna due molecole per ottenere la loro similarità di Tanimoto e Dice, un giudizio e la sottostruttura comune più grande. Oppure cerca un pattern SMILES o SMARTS in una o più molecole e guarda gli atomi corrispondenti evidenziati.

Usalo per verificare quanto un analogo è vicino a un composto guida, ordinare un elenco di molecole rispetto a un riferimento o trovare quali molecole contengono un acido carbossilico, un alogenuro aromatico o un donatore di legame a idrogeno. I punteggi usano un fingerprint a frammenti di sottostruttura da 512 bit, lo stesso del plugin Confronta molecole dell'editor MolDraw.

Risposta rapida: l'aspirina (CC(=O)Oc1ccccc1C(=O)O) e l'acido salicilico (OC(=O)c1ccccc1O) attivano 74 e 41 bit del fingerprint e li condividono tutti e 41, quindi Tanimoto = 41 / (74 + 41 − 41) = 0,554 (moderatamente simile) e Dice = 82 / 115 = 0,713. Lo SMARTS [CX3](=O)[OX2H1] trova un acido carbossilico in ciascuna.
Il disegno compila:

Caricamento dell'editor…

Coppie di esempio:

Caricamento…

Caricamento…

Classifica un elenco rispetto alla Molecola A

Incolla uno SMILES per riga, eventualmente seguito da un nome. Ogni molecola riceve un punteggio rispetto alla Molecola A e viene ordinata dalla più alla meno simile.

Come usare lo strumento di similarità e sottostrutture

  1. Similarità: digita o incolla gli SMILES della Molecola A e della Molecola B e premi Confronta. Per disegnare, scegli Molecola A o Molecola B sopra l'editor e disegna.
  2. Leggi i punteggi di Tanimoto e Dice, il giudizio e la barra. Gli atomi ombreggiati in entrambi i disegni sono la sottostruttura comune più grande.
  3. Classifica un elenco: incolla molti SMILES sotto Classifica un elenco rispetto alla Molecola A e premi Classifica elenco. Salva la tabella con Scarica CSV.
  4. Ricerca di sottostrutture: apri la scheda Ricerca di sottostrutture, digita una query o scegline una dal promemoria, incolla i target e premi Cerca. Ogni corrispondenza è ombreggiata con il proprio colore.

Come funziona la similarità di Tanimoto

Un fingerprint è un elenco di bit. Questo strumento usa un fingerprint da 512 bit in cui ogni bit è un piccolo frammento di un dizionario fisso di sottostrutture comuni, come un carbonile accanto a un ossigeno o un carbonio di un anello aromatico accanto a un azoto. Un bit è attivo (1) quando la molecola contiene quel frammento.

Tanimoto T = c / (a + b − c) Dice D = 2c / (a + b) D = 2T / (1 + T)

Qui a è il numero di bit attivi in A, b in B e c in entrambe. T = 1 significa fingerprint identici; T = 0 significa nessun bit in comune. Tanimoto è simmetrico: confrontare A con B dà lo stesso numero che confrontare B con A.

Esempio di calcolo

L'aspirina attiva a = 74 bit e l'acido salicilico b = 41. Tutti i 41 bit dell'acido salicilico sono attivi anche nell'aspirina, quindi c = 41. T = 41 / (74 + 41 − 41) = 41 / 74 = 0,554. D = 2 × 41 / (74 + 41) = 82 / 115 = 0,713. Il punteggio è solo moderato perché l'aspirina ha molti bit in più dovuti al suo estere acetilico.

Scala di giudizio usata qui

TanimotoGiudizioChe cosa significa di solito
da 0,85 a 1,00Molto simileAnaloghi stretti, o identici (1,00)
da 0,70 a 0,85SimileNucleo comune, uno o due gruppi diversi
da 0,50 a 0,70Moderatamente simileAlcuni frammenti comuni, scaffold o sostituenti diversi
da 0,30 a 0,50Debolmente simileIn comune solo un anello o un gruppo funzionale
sotto 0,30DissimilePoco in comune

Le soglie dipendono dal fingerprint. La stessa coppia può ottenere punteggi molto diversi con un fingerprint circolare come ECFP4. Confronta solo punteggi ottenuti con lo stesso metodo.

Basi di SMARTS e promemoria

SMARTS è un linguaggio di pattern basato su SMILES. Un semplice SMILES è già una query valida. Le parentesi quadre aggiungono condizioni a un atomo:

GruppoSMARTSCorrisponde aNon corrisponde a
Acido carbossilico[CX3](=O)[OX2H1]acido acetico, aspirinaacetato di metile, anione acetato
Anione carbossilato[CX3](=O)[O-]acetato di sodioacido acetico
Estere[#6][CX3](=O)[OX2][#6]acetato di etile, aspirinaacido acetico
Ammide[NX3][CX3]=Oparacetamolo, legami peptidiciacido acetico
Ammina primaria (alchilica)[NX3;H2][CX4]etilammina, anfetaminaacetammide, anilina
Ammina secondaria (alchilica)[NX3;H1]([CX4])[CX4]dietilamminaetilammina
Ammina aromatica (anilina)[NX3;H2]canilinaetilammina
Alcol[CX4][OX2H]etanolofenolo
Fenoloc[OX2H]fenolo, paracetamoloetanolo
Aldeide[CX3H1](=O)[#6]acetaldeide, vanillinaacetone
Chetone[#6][CX3](=O)[#6]acetoneacetaldeide
Alogenuro aromaticoc[F,Cl,Br,I]clorobenzene, diclofenaccloroetano
Alogenuro alchilico[CX4][F,Cl,Br,I]cloroetanoclorobenzene
Gruppo nitro[N+](=O)[O-]nitrobenzeneacetonitrile
Nitrile[CX2]#[NX1]acetonitrileetilammina
Sulfonammide[SX4](=O)(=O)[NX3]sulfanilammide, celecoxibdimetilsolfone
Tiolo[SX2H]etantiolo, cisteinadimetilsolfuro
Anello benzenicoc1ccccc1toluenepiridina
Qualsiasi anello aromatico a 6 terminia1aaaaa1piridina, benzenecicloesano
Donatore di legame H (Lipinski)[#7,#8;!H0]ogni OH e NH (conta le corrispondenze)dietiletere
Accettore di legame H (Lipinski)[#7,#8]ogni atomo di N e Opropano
Atomo in un anello a 5 termini[r5]ciclopentano, furanocicloesano
Carbonio non in un anello[C;R0]propanocicloesano

Non ancora supportati: SMARTS ricorsivi scritti con $( ) e query separate da punti. I segni stereochimici come @ in una query vengono ignorati.

Esempi svolti

Paracetamolo vs fenacetina

La fenacetina ha un gruppo etossi dove il paracetamolo ha un OH. Stesso nucleo acetanilidico.

Tanimoto 0,846, Dice 0,917: simile

Morfina vs codeina

La codeina è la morfina con l'OH fenolico metilato. Un etere in più.

Tanimoto 0,944: molto simile

Ibuprofene vs naprossene

Entrambi sono acidi 2-arilpropionici, ma il naprossene ha un metossinaftalene al posto di un isobutilbenzene.

Tanimoto 0,711: simile

Benzene vs cicloesano

Entrambi sono anelli C6, ma i legami aromatici e alifatici danno frammenti diversi.

Tanimoto 0,000: dissimile

Quali FANS sono acidi carbossilici?

Query [CX3](=O)[OX2H1] sui 9 farmaci di esempio.

6 su 9 corrispondono: ibuprofene, naprossene, ketoprofene, flurbiprofene, diclofenac, aspirina

Donatori di Lipinski nel paracetamolo

La query [#7,#8;!H0] trova l'N–H ammidico e l'O–H fenolico.

2 corrispondenze: HBD = 2

Errori comuni

Confronti analoghi nei tuoi disegni? Apri MolDraw, l'editor di strutture online gratuito, e usa il plugin Confronta molecole per valutare e allineare gli analoghi accanto al tuo disegno.

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Domande frequenti

Che cos'è la similarità di Tanimoto?

La similarità di Tanimoto confronta due fingerprint molecolari. Vale c / (a + b − c), dove a e b sono i bit attivi in ciascuna molecola e c i bit attivi in entrambe. Va da 0 (nulla in comune) a 1 (fingerprint identici).

Quale valore di Tanimoto indica che due molecole sono simili?

Con il fingerprint a frammenti da 512 bit di questo strumento, 0,85 o più è molto simile, da 0,70 a 0,85 simile, da 0,50 a 0,70 moderatamente simile e sotto 0,30 dissimile. Le soglie dipendono dal fingerprint, quindi confronta solo punteggi ottenuti con lo stesso metodo.

Qual è la differenza tra similarità di Tanimoto e di Dice?

Entrambe usano gli stessi conteggi di bit. Dice vale 2c / (a + b), quindi dà più peso ai bit in comune ed è sempre uguale o maggiore di Tanimoto. Per a = 74, b = 41 e c = 41, Tanimoto è 0,554 e Dice 0,713.

Perché due enantiomeri hanno un punteggio di Tanimoto pari a 1?

Il fingerprint registra quali atomi e legami sono connessi, non la loro disposizione 3D. L-alanina e D-alanina hanno gli stessi frammenti, quindi il punteggio è 1,000. Lo strumento ti avvisa quando due input differiscono solo per la stereochimica.

Che cos'è SMARTS?

SMARTS è un linguaggio di pattern basato su SMILES per descrivere sottostrutture. Per esempio, [CX3](=O)[OX2H1] indica un carbonio con tre connessioni, legato con doppio legame a O e con legame semplice a un OH, cioè un acido carbossilico.

Posso usare una stringa SMILES come query di sottostruttura?

Sì. Una query SMILES corrisponde a qualsiasi molecola che contiene quegli atomi e legami. Gli idrogeni non sono richiesti, quindi C(=O)O corrisponde sia agli acidi sia agli esteri. Usa [OH] o [OX2H1] quando l'idrogeno è importante.

Come conto i donatori di legame a idrogeno di Lipinski con SMARTS?

Cerca con [#7,#8;!H0]. Corrisponde a ogni azoto od ossigeno che porta almeno un idrogeno, e il numero di corrispondenze è il numero di donatori. Il paracetamolo ne dà 2: l'NH ammidico e l'OH fenolico.

Lo strumento di similarità e ricerca di sottostrutture è gratuito?

Sì. È gratuito, non richiede registrazione e funziona nel browser. Le tue molecole non vengono caricate su alcun server.

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