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化學資訊來源/化學資訊學

來自華夏公益教科書

化學資訊學是將資訊科技應用於化學研究問題的調查以及化學資料的組織和分析。 化學資訊學家處理海量資料,並開發系統來組織和評估資料,以便為進一步的化學研究提供新的見解。 理論化學/計算化學和化學資訊學之間存在著細微的界限。 化學資訊學對製藥行業的影響最大,儘管其技術和工具已開始應用於化學的其他領域。

化學資訊學如何幫助?

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化學資訊學可以幫助化學家和其他科學家生產和管理資訊。 使用化學資訊學技術的計算機模擬分析實際上可以降低開發藥物的風險。 虛擬篩選、文庫設計和對接等技術都參與了分析。 經常在化學資訊學中檢查可能影響物質是否可能被開發為藥物的物理特性,作為可以在大量物質之間進行比較的特徵。 一個例子是 clogP,它衡量系統中脂肪的含量。 有時,可以從相關的一組屬性中推斷出結論,例如當 Chris Lipinski 制定他著名的“五法則”時,該法則指出,類藥物化合物往往具有 5 個或更少的氫供體原子、10 個或更少的氫受體原子、計算出的 logP 小於或等於 5,以及分子量最高為 500。 表現出大於這些值的化合物往往具有較差的吸收或滲透性。

化學資訊學中使用的技術

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  • 分子結構的表示(2D、3D、蛋白質結構、三點藥效團、片段)
    • 圖同構:確定兩個圖是否相同,例如,透過比較連線
    • 線記法,例如 SMILES。
  • 化學反應的表示
  • 分子模擬(模擬)和分子多樣性
  • 構效關係(QSAR、QSPR)
  • 組合化學和高通量篩選
  • 物理化學效應的計算
  • 拓撲指數
  • 統計學

InChI - IUPAC 國際化學識別符號

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一個InChI是由計算機演算法生成的字元字串來表示化學結構。 它用於軟體應用程式和資料庫,在這些應用程式和資料庫中,化學結構需要表示為機器可讀的資訊字串。 InChI 對它們所描述的化合物是唯一的,並且可以編碼絕對立體化學。 InChI 被稱為化學和化學結構的條形碼。 InChI 格式和演算法是非專有的,並且軟體是開源的,由社群進行持續開發。

Steve Heller 在 2010 年 9 月 15 日的 CHMINF-L 帖子中寫道,幾乎所有主要出版商現在都支援 InChI,並且正在將 InChI/InChIKey 新增到期刊文章中報告的化學物質中。 InChI 和 InChIKey 可在 Google、Yahoo、Bing 和其他搜尋引擎中搜索。 兩個主要的 NIH 資料庫(PubChem 和 NCI)擁有超過 6000 萬個 InChI,而 ChemSpider 擁有超過 2000 萬個 InChI。 所有主要的商業和開源結構繪圖程式都在其產品中嵌入了 InChI 生成。 InChI 可以免費使用且是非專有的。 它們允許比其他程式碼(例如 SMILES 程式碼)更高階地表示化學資訊。 InChI 是明確的(即,使用標準化演算法的化學結構轉換隻會導致一個 InChI),並且它們被主要的搜尋引擎(如 Google)精確地索引。

化學資料編碼標準

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為了使化學資訊學取得成功,必須制定某些標準,儘管通常情況下,如果一家占主導地位的公司開發的標準編碼方法公開,就會成為標準編碼方法,例如 MDL 的 SDF 格式或最近的CTfile 格式。 在晶體學領域,CIF 格式廣泛用於小分子,而 mmCIF 用於大分子。 即使對於諸如 3D 描述中分子顏色之類的內容,遵循標準也很重要。 例如,CPK(Corey-Pauling-Koltun)表示法要求使用顏色編碼

  • 碳:灰色或黑色(雖然有些人使用綠色)
  • 氫:白色
  • 氧:紅色
  • 氮:藍色
  • 硫:黃色
  • 磷:橙色
  • 氯:綠色
  • 鈉:藍色
  • 鐵:紫色
  • 溴:棕色
  • 鋅:棕色
  • 鈣:深灰色
  • 其他金屬:深灰色
  • 未知:深粉色

CPK 模型的原子半徑定義為反映分子在固體中堆積或在液體中締合時所佔的空間。

化學資訊學中的當前問題

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  • 什麼是小分子?
  • 什麼是樣本的充分表示?
  • 屬性計算與測量
  • 類藥物分子的評分函式
  • 對接以預測配體結合
  • 計算多樣性和相似性
  • 化學資訊學和生物資訊學在哪裡融合?
  • 毒理學、ADME(吸收、分佈、代謝、排洩)以及藥物謎題的其他部分
  • 結構的描述和資料的視覺化
  • 電子筆記本

化學資訊學(或在歐洲更常稱為化學資訊學)幾乎與計算機本身的歷史一樣悠久。 它是將計算機技術和方法應用於化學。 相關領域是分子模擬和計算化學。 化學資訊學技術在藥物行業中發現了特殊的應用,但現在開始滲透到化學的其他領域。

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