Espacio químico

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Vista del espacio químico de PubChem; una proyección de los números cuánticos moleculares (MQN) en 42 dimensiones de los compuestos en PubChem.[1]​

El espacio químico es un concepto en quimioinformática que se refiere al espacio que abarcan todas las posibles moléculas y compuestos químicos que se adhieren a un juego dado de principios de construcción y condiciones a la frontera. Contiene millones de compuestos a los que se puede acceder y que están disponibles para los investigadores. Es una biblioteca usada en el método del acoplamiento molecular.[2]​

Espacios teóricos[editar]

Un espacio químico usualmente referido en quimioinformática es el de las moléculas farmacológicas potencialmente activas. su tamaño se estima en el orden de 1060 moléculas, aunque no hay métodos rigurosos para determinar el tamaño preciso de este espacio. Las aproximaciones[3]​ utilizadas para estimar el número de moléculas potencialmente activas utilizan las reglas de Lipinski, en particular el límite de la masa molecular de 500 uma. La estimación restringe también los elementos químicos usados a carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. Posteriormente, asume un máximo de 30 átomos para permanecer debajo de los 500 Daltons. Permite ramificaciones y un máximo de 4 anillos aromáticos, llegando a un estimado de 1063. Este número usualmente es malinterpretado en publicaciones posteriores que lo confunden con el tamaño estimado de todo el espacio químico de las moléculas orgánicas,[4]​ el cual sería mucho mayor al incluir a los halógenos y otros elementos. En adición al espacio de fármacos y compuestos principales, que se definen por las reglas de Lipinski, el concepto del espacio de los fármacos conocidos (KDS, known drugs space) también ha sido introducido.[5]​[6]​[7]​ El KDS puede ser usado para ayudar a predecir los límites de los espacios químicos para el desarrollo de medicamentos al comparar la estructura de las moléculas en desarrollo y síntesis con los parámetros de descripción molecular definidos por el KDS.

Espacios empíricos[editar]

Para julio de 2009, existían 49,037,297 sustancias orgánicas e inorgánicas registradas en el Chemical Abstracts Service (CAS), indicando que se habían reporado en la literatura científica.[8]​ Las bibliotecas químicas usadas para las pruebas de laboratorio con compuestos de propiedades deseadas son ejemplos de bibliotecas químicas reales de tamaño pequeño (de cientos a cientos de miles de moléculas).

Generación[editar]

La exploración sistemática del espacio químico es posible mediante la creación in silico de bases de datos de moléculas virtuales[9]​ que pueden ser visualizadas mediante la proyección de espacios de moléculas multidimensionales en menores dimensiones.[10]​[11]​ La generación de espacios químicos involucra la creación de combinaciones estequiométricas de electrones y núcleos atómicos para generar todos los posibles isómeros topológicos para las restricciones de los principios de construcción. En quimioinformática, softwares llamados "Generadores de estructuras" son usados para generar un juego de todas estructuras químicas que cumplen las condiciones a la frontera. Los generadores de isómeros constitucionales, por ejemplo, pueden generar todos los posibles isómeros constitucionales de una fórmula condensada.

En el mundo real, las reacciones químicas nos permiten movernos en el espacio químico. El mapeo entre el espacio químico y las propiedades moleculares usualmente no es único, lo que quiere decir que pueden existir diferentes moléculas con propiedades muy similares. El diseño de materiales y el descubrimiento de fármacos implican la exploración del espacio químico.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. ↑ Reymond, Jean-Louis; Awale, Mahendra (19 de septiembre de 2012). «Exploring Chemical Space for Drug Discovery Using the Chemical Universe Database». ACS Chemical Neuroscience 3 (9): 649-657. PMC 3447393. PMID 23019491. doi:10.1021/cn3000422. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  2. ↑ Rudling, Axel; Gustafsson, Robert; Almlöf, Ingrid; Homan, Evert; Scobie, Martin; Warpman Berglund, Ulrika; Helleday, Thomas; Stenmark, Pål et al. (12 de octubre de 2017). «Fragment-Based Discovery and Optimization of Enzyme Inhibitors by Docking of Commercial Chemical Space». Journal of Medicinal Chemistry 60 (19): 8160-8169. ISSN 0022-2623. doi:10.1021/acs.jmedchem.7b01006. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  3. ↑ Bohacek, Regine S.; McMartin, Colin; Guida, Wayne C. (1996). «The art and practice of structure-based drug design: A molecular modeling perspective». Medicinal Research Reviews (en inglés) 16 (1): 3-50. ISSN 1098-1128. doi:10.1002/(SICI)1098-1128(199601)16:13.0.CO;2-6. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  4. ↑ Kirkpatrick, Peter; Ellis, Clare (1 de diciembre de 2004). «Chemical space». Nature (en inglés) 432 (7019): 823-823. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/432823a. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  5. ↑ Mirza, Amin; Desai, Radha; Reynisson, Jóhannes (1 de diciembre de 2009). «Known drug space as a metric in exploring the boundaries of drug-like chemical space». European Journal of Medicinal Chemistry (en inglés) 44 (12): 5006-5011. ISSN 0223-5234. doi:10.1016/j.ejmech.2009.08.014. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  6. ↑ Bade, Richard; Chan, Ho-Fung; Reynisson, Jóhannes (1 de diciembre de 2010). «Characteristics of known drug space. Natural products, their derivatives and synthetic drugs». European Journal of Medicinal Chemistry (en inglés) 45 (12): 5646-5652. ISSN 0223-5234. doi:10.1016/j.ejmech.2010.09.018. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  7. ↑ Matuszek, Anna M.; Reynisson, Jóhannes (2016). «Defining Known Drug Space Using DFT». Molecular Informatics (en inglés) 35 (2): 46-53. ISSN 1868-1751. doi:10.1002/minf.201500105. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  8. ↑ «CAS report». 
  9. ↑ Ruddigkeit, Lars; van Deursen, Ruud; Blum, Lorenz C.; Reymond, Jean-Louis (26 de noviembre de 2012). «Enumeration of 166 Billion Organic Small Molecules in the Chemical Universe Database GDB-17». Journal of Chemical Information and Modeling 52 (11): 2864-2875. ISSN 1549-9596. doi:10.1021/ci300415d. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  10. ↑ Awale, Mahendra; van Deursen, Ruud; Reymond, Jean-Louis (25 de febrero de 2013). «MQN-Mapplet: Visualization of Chemical Space with Interactive Maps of DrugBank, ChEMBL, PubChem, GDB-11, and GDB-13». Journal of Chemical Information and Modeling 53 (2): 509-518. ISSN 1549-9596. doi:10.1021/ci300513m. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  11. ↑ Ruddigkeit, Lars; Blum, Lorenz C.; Reymond, Jean-Louis (28 de enero de 2013). «Visualization and Virtual Screening of the Chemical Universe Database GDB-17». Journal of Chemical Information and Modeling 53 (1): 56-65. ISSN 1549-9596. doi:10.1021/ci300535x. Consultado el 14 de mayo de 2020. 
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