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分子類似度・部分構造検索
概要：2つの分子を貼り付けるか描くと、TanimotoとDiceの類似度、判定、最大共通部分構造がわかります。また、1つまたは複数の分子をSMILESやSMARTSのパターンで検索し、一致した原子をハイライト表示できます。
類似体がリード化合物にどれだけ近いかの確認、基準分子に対する分子一覧のランキング、カルボン酸・芳香族ハロゲン化物・水素結合供与体を含む分子の検索に使えます。スコアは512ビットの部分構造断片フィンガープリントを使い、MolDrawエディターの「分子の比較」プラグインと同じものです。
CC(=O)Oc1ccccc1C(=O)O）とサリチル酸（OC(=O)c1ccccc1O）のフィンガープリントのビット数は74と41で、41ビットすべてが共通なので、Tanimoto = 41 / (74 + 41 − 41) = 0.554（中程度に類似）、Dice = 82 / 115 = 0.713です。SMARTS [CX3](=O)[OX2H1]は、それぞれに1つのカルボン酸を見つけます。エディターを読み込み中…
組み合わせの例：
SMARTS早見表
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分子Aに対して一覧をランキング
1行に1つのSMILESを貼り付け、必要に応じて後ろに名前を付けます。すべての分子を分子Aに対して採点し、類似度の高い順に並べます。
類似度・部分構造ツールの使い方
- 類似度：分子Aと分子BのSMILESを入力または貼り付けて「比較」を押します。描く場合は、エディターの上で「分子A」または「分子B」を選んでから描きます。
- TanimotoとDiceのスコア、判定、バーを確認します。両方の図で網掛けされた原子が最大共通部分構造です。
- 一覧のランキング：「分子Aに対して一覧をランキング」の下に複数のSMILESを貼り付け、「一覧をランキング」を押します。表は「CSVをダウンロード」で保存できます。
- 部分構造検索：「部分構造検索」タブを開き、クエリを入力するか早見表から選び、ターゲットを貼り付けて「検索」を押します。一致箇所はそれぞれ別の色で網掛けされます。
Tanimoto類似度のしくみ
フィンガープリントはビットの並びです。このツールは512ビットのフィンガープリントを使い、各ビットは一般的な部分構造の固定辞書にある小さな断片1つに対応します（酸素に隣接したカルボニル基、窒素に隣接した芳香環炭素など）。分子がその断片を含むと、そのビットがオン（1）になります。
Tanimoto T = c / (a + b − c) Dice D = 2c / (a + b) D = 2T / (1 + T)
ここでaはAでオンのビット数、bはBでオンのビット数、cは両方でオンのビット数です。T = 1は同一のフィンガープリント、T = 0は共通ビットなしを意味します。Tanimotoは対称で、AとBを比べてもBとAを比べても同じ値になります。
ビット数の計算例
アスピリンはa = 74ビット、サリチル酸はb = 41ビットです。サリチル酸の41ビットはすべてアスピリンでもオンなので、c = 41です。T = 41 / (74 + 41 − 41) = 41 / 74 = 0.554。D = 2 × 41 / (74 + 41) = 82 / 115 = 0.713。アスピリンはアセチルエステル由来の余分なビットを多く持つため、スコアは中程度にとどまります。
このツールで使う判定基準
| Tanimoto | 判定 | 一般的な意味 |
|---|---|---|
| 0.85〜1.00 | 非常に類似 | 近い類似体、または同一（1.00） |
| 0.70〜0.85 | 類似 | 共通の骨格、1〜2個の異なる基 |
| 0.50〜0.70 | 中程度に類似 | いくつかの共通断片、異なる骨格または置換基 |
| 0.30〜0.50 | やや類似 | 環または官能基のみが共通 |
| 0.30未満 | 非類似 | 共通点がほとんどない |
しきい値はフィンガープリントによって異なります。同じ組み合わせでも、ECFP4のような環状フィンガープリントではスコアがかなり変わることがあります。同じ手法のスコアどうしでのみ比較してください。
SMARTSの基本と早見表
SMARTSはSMILESをもとにしたパターン言語です。通常のSMILESもそのまま有効なクエリです。角かっこで1つの原子に条件を加えます。
#7原子番号7（任意の窒素）、c芳香族炭素、C脂肪族炭素、a任意の芳香族原子、*任意の原子。H1結合した水素がちょうど1つ、!H0水素が1つ以上、X3結合相手が合計3つ、D2重原子の隣接原子が2つ。R環内、R0環外、r66員環内、+または-電荷。- 論理：
,または、;かつ、!否定。結合：-単結合、=二重結合、#三重結合、:芳香族結合、~任意。
| 点群 | SMARTS | 一致する | 一致しない | |
|---|---|---|---|---|
| カルボン酸 | [CX3](=O)[OX2H1] | 酢酸、アスピリン | 酢酸メチル、酢酸イオン | |
| カルボン酸イオン | [CX3](=O)[O-] | 酢酸ナトリウム | 酢酸 | |
| エステル | [#6][CX3](=O)[OX2][#6] | 酢酸エチル、アスピリン | 酢酸 | |
| アミド | [NX3][CX3]=O | パラセタモール、ペプチド結合 | 酢酸 | |
| 第一級アミン（アルキル） | [NX3;H2][CX4] | エチルアミン、アンフェタミン | アセトアミド、アニリン | |
| 第二級アミン（アルキル） | [NX3;H1]([CX4])[CX4] | ジエチルアミン | エチルアミン | |
| 芳香族アミン（アニリン） | [NX3;H2]c | アニリン | エチルアミン | |
| アルコール | [CX4][OX2H] | エタノール | フェノール | |
| フェノール | c[OX2H] | フェノール、パラセタモール | エタノール | |
| アルデヒド | [CX3H1](=O)[#6] | アセトアルデヒド、バニリン | アセトン | |
| ケトン | [#6][CX3](=O)[#6] | アセトン | アセトアルデヒド | |
| 芳香族ハロゲン化物 | c[F,Cl,Br,I] | クロロベンゼン、ジクロフェナク | クロロエタン | |
| ハロゲン化アルキル | [CX4][F,Cl,Br,I] | クロロエタン | クロロベンゼン | |
| ニトロ基 | [N+](=O)[O-] | ニトロベンゼン | アセトニトリル | |
| ニトリル | [CX2]#[NX1] | アセトニトリル | エチルアミン | |
| スルホンアミド | [SX4](=O)(=O)[NX3] | スルファニルアミド、セレコキシブ | ジメチルスルホン | |
| チオール | [SX2H] | エタンチオール、システイン | ジメチルスルフィド | |
| ベンゼン環 | c1ccccc1 | トルエン | ピリジン | |
| 任意の6員芳香環 | a1aaaaa1 | ピリジン、ベンゼン | シクロヘキサン | |
| リピンスキーの水素結合供与体 | [#7,#8;!H0] | 各OHとNH（一致数を数える） | ジエチルエーテル | |
| リピンスキーの水素結合受容体 | [#7,#8] | すべてのN原子とO原子 | プロパン | |
| 5員環内の原子 | [r5] | シクロペンタン、フラン | シクロヘキサン | |
| 環外の炭素 | [C;R0] | プロパン | シクロヘキサン |
未対応：$( )で書く再帰的SMARTSとドット区切りのクエリ。クエリ内の@などの立体表記は無視されます。
例題
パラセタモール vs フェナセチン
フェナセチンは、パラセタモールのOHの位置にエトキシ基を持ちます。アセトアニリド骨格は同じです。
Tanimoto 0.846、Dice 0.917：類似
モルヒネ vs コデイン
コデインはモルヒネのフェノール性OHをメチル化したものです。エーテルが1つ多くなります。
Tanimoto 0.944：非常に類似
イブプロフェン vs ナプロキセン
どちらも2-アリールプロピオン酸ですが、ナプロキセンはイソブチルベンゼンの代わりにメトキシナフタレンを持ちます。
Tanimoto 0.711：類似
ベンゼン vs シクロヘキサン
どちらもC6の環ですが、芳香族結合と脂肪族結合で異なる断片になります。
Tanimoto 0.000：非類似
カルボン酸であるNSAIDsはどれ？
9つの医薬品の例に対してクエリ[CX3](=O)[OX2H1]を実行。
9つ中6つが一致：イブプロフェン、ナプロキセン、ケトプロフェン、フルルビプロフェン、ジクロフェナク、アスピリン
パラセタモールのリピンスキー供与体
クエリ[#7,#8;!H0]はアミドのN–HとフェノールのO–Hを見つけます。
一致2つ：HBD = 2
よくある間違い
- 異なるフィンガープリントのスコアを比較する。Tanimoto 0.6の意味はフィンガープリントによって異なります。1つのプロジェクトでは1つの手法を使い続けてください。
- 立体異性体で差が出ると思い込む。フィンガープリントは立体を無視するため、エナンチオマーやE/Z異性体のスコアは1.000になります。
- 類似度を活性と読み替える。似た構造は似た活性を持つことが多いものの、常にそうとは限りません。原子1つの違いで薬効が失われることもあります。
- クエリで水素を忘れる。
C(=O)Oはエステルにも一致します。酸のOHには[OX2H1]を使ってください。 - 誤って小文字を使う。SMARTSでは
cは芳香族炭素、Cは脂肪族炭素です。C1CCCCC1はベンゼンに一致しません。 - 電荷を持つ形を中性のクエリで検索する。
[O-]で描かれたカルボン酸イオンは[OX2H1]に一致しません。一覧に塩が含まれる場合は両方の形で検索してください。
自分で描いた類似体を比較したいですか？無料のオンライン構造エディターMolDrawを開き、「分子の比較」プラグインを使えば、スケッチの横で類似体を採点・重ね合わせできます。
MolDrawエディターを開くよくある質問
Tanimoto類似度とは何ですか？
Tanimoto類似度は2つの分子フィンガープリントを比較する指標です。c / (a + b − c)で表され、aとbはそれぞれの分子で立っているビット数、cは両方で立っているビット数です。値は0（共通部分なし）から1（同一のフィンガープリント）までです。
Tanimoto値がいくつなら2つの分子は類似していると言えますか？
このツールの512ビット断片フィンガープリントでは、0.85以上が非常に類似、0.70〜0.85が類似、0.50〜0.70が中程度に類似、0.30未満が非類似です。しきい値はフィンガープリントによって異なるため、同じ手法のスコアどうしでのみ比較してください。
TanimotoとDiceの類似度の違いは何ですか？
どちらも同じビット数を使います。Diceは2c / (a + b)なので共通ビットにより大きな重みを与え、常にTanimoto以上の値になります。a = 74、b = 41、c = 41の場合、Tanimotoは0.554、Diceは0.713です。
2つのエナンチオマーのTanimotoスコアが1になるのはなぜですか？
フィンガープリントはどの原子と結合がつながっているかを記録し、3D配置は記録しません。L-アラニンとD-アラニンは同じ断片を持つため、スコアは1.000になります。2つの入力が立体化学だけで異なる場合、ツールがそのことを知らせます。
SMARTSとは何ですか？
SMARTSはSMILESをもとにした、部分構造を記述するためのパターン言語です。たとえば[CX3](=O)[OX2H1]は、3つの結合相手を持ち、Oと二重結合し、OHと単結合した炭素、つまりカルボン酸を意味します。
SMILES文字列を部分構造クエリとして使えますか？
はい。SMILESクエリは、その原子と結合を含むすべての分子に一致します。水素は必須ではないため、C(=O)Oは酸とエステルの両方に一致します。水素が重要な場合は[OH]や[OX2H1]を使ってください。
SMARTSでリピンスキーの水素結合供与体を数えるには？
[#7,#8;!H0]で検索します。水素を1つ以上持つすべての窒素または酸素に一致し、一致数が供与体の数になります。パラセタモールでは2（アミドのNHとフェノールのOH）です。
類似度・部分構造検索ツールは無料ですか？
はい。無料・登録不要で、Webブラウザ上で動作します。分子がアップロードされることはありません。
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