Skyrius XIV

1KIEKYBINIS STRUKTŪROS -AKTYVUMO SANTYKIS ( KSAS, QSAR) ORGANINIŲ JUNGINIŲTOKSIŠKUMO VERTINIMETurinys1. QSAR tyrimų vystymosi istorija ir pagrindiniai šios analizės principai2. Biologiniai duomenys2.1. QSAR tyrimuose priimtas cheminės medžiagos - receptoriaus sąveikos supratimas2.2. Biologinių duomenų pateikimo būdas3. Organinių junginių charakteristikos: parametrai būtini QSAR analizei3.1. HIDROFOBIŠKUMO CHARAKTERISTIKOS3.1.1. Lipofiliškumo parametrai ir pasiskirstymo koeficientai3.1.2. Pasiskirstymo koeficientų matavimas, išskaičiavimas ir lipofiliškumo įnašas molekulių savybiųvertinime3.2. KRŪVIO CHARAKTERISTIKOS3.2.1. Elektroniniai parametrai3.2.1.2. Hammett σ (sigma) konstantos3.2.1.2. Rūgščių ir bazių disociacija ir jonizacija3.3. DYDŽIO IR FORMOS (STRUKTŪROS) CHARAKTERISTIKOS3.3.1. Dydžio (molekulinio svorio) parametrai (p.49-50)3.3.2. Poliarizacijos (molekulinio tūrio) parametrai (p. 40 - 42)3.3.3. Topologiniai indeksai ir kiti parametrai (p. 52 - 53)3.3.4. Steriniai parametrai (p. 47 - 49)4. Kiekybiniai modeliai5. Statistiniai metodai6. Apibendrinimas-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tikriausiai ši tyrimų dalis BIOLOGIJOS (EKOLOGIJOS) ir MEDICININĖS CHEMIJOS srityse išreiškia bendriausiąmokslinės paieškos principą:KOKIE mažiausi TOPOLOGIJOS ir ENERGIJOS PAKITIMAI, jų formosGALI KEISTI INFORMACIJĄ / FUNKCIJĄ gyvose (biologinėse) sistemose.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1. QSAR tyrimų vystymosi istorija ir pagrindiniai šios analizės principai [1]1868 m. Crum-Brown A. ir Fraser T.R atrado, kad alkilinimas pagrindinio azoto atomo alkaloiduose, duo-da įvairausbiologinio aktyvumo junginius, ir pirmą kartą atspausdino lygtį, išreiškiančią bendrą QSAR formulavimą:Φ = f (C) (1)“fiziologinisaktyvumas”“cheminėstruktūra”1893 m. Richet M. atrado, kad organinių junginių toksiškumas yra atvirkščias jų tirpumui vandenyje, todėl ankstesnęlygtį jis pakeitė (“atitinkamų pokyčių”) lygtimi:∆Φ = f (∆C) (2)Griežtai kalbant, šiandien nėra rasta jokių galimo 1-os lygties taikymo būdų. Tačiau visos šiuolaikinės QSARlygtys atitinką 2-ąją lygtį, kadangi visi skirtumai biologiniame aktyvume kiekybiškai koreliuoja su pokyčiaisjunginių lipofiliškume ir/arba su pokyčiais kitose jų fizikocheminėse savybėse.Šio šimtmečio pradžioje (1989 ir 1901 m.m.) Meyer H. ir Overton E. nepriklausomai vienas nuo kito pastebėjo linijinępriklausomybę tarp junginių lipofiliškumo, išreikšto pagal pasiskirstymo tarp aliejaus ir vandens koef-icientus, irnarkotinio šių junginių aktyvumo.Fuhner H. ir Neubauer E. 1907 m.atrado, kad tarpe homologinių serijų narkotinis junginių aktyvumas auga pagalgeometrinę progresiją, t.y. 1 : 3 : 3 2 : 3 3 ir t.t., kas leido paaiškinti cheminių grupių įnašo į biologinio aktyvumo dydįpapildomumą.

21939 m. Ferguson J. davė tokių nelinijinių struktūros-aktyvumo santykių termodinaminę interpretaciją, kas leidopaaiškinti dažnai stebimą biologinių aktyvumų pokyčių “nutraukimą” už atitinkamo lipofiliškumointervalo/srities ribų.Nuo 50-ųjų vidurio QSAR metodologija greitai vystėsi:**1956 m. Bruice, Kharasch ir Winzler suformulavo grupių įnašo reikšmę, tirdami biologinį aktyvumą tiroidiniohormono analogų tarpe; tai buvo galima laikyti pirmąja Free Wilson tipo analize (kita, lygiagrečia termodinamineiHansh tipo analizei)**1960-1962 m. Zahradnik [9-11] bandė taikyti Hammett lygties koncepciją, kuri galutinai buvo suformuluota1970 m. ir apie 3 dešimtmečius buvo naudojama aprašyti organinių junginių reakcingumui kiekybiniu būdu(lygtis 3) ir taip pat biologiniams duomenims (lygtis 4):log k R−X − log k R−H = ρ σ (3) , kur: ρ - Hmmet lygties konstanta, atitinkanti tankio beimolek. dydžio parametrus, σ - elektroninis parametrasHammet lygtyje;log τ i − τ Et = α β (4) , kur: τ i - biologinis aktyvumas i-tojo serijos nario, biologinisaktyvumas tos pačios serijos etilintų junginių,‘biologinė Hammett lygtis”β yra pakaitalo konstanta (atitinka σ parametrui)α biologinę sistemą charakterizuojanti konstata,atitinka ρ Hammett lygtyjeDeja, 4-a lygtis teisinga tik nespecifiniams biologiniams aktyvumams, t.y. nagrinėja tik homologines serijasviduje tam tikro lipofiliškumo intervalo.1962 m. Hansen išvedė pirmą (ir ilgam laikui tik vienintelį) Hammett-tipo santykį tarp pakeistų benzoiniųrūgščių toksiškumo ir jų pakaitalų elektroninių σ konstantų (žiūrėti skyrių 3.2.1).**1964 m. gali būti skaitomi moderniosios QSAR metodologijos gimimu. Nepriklausomai 2 straipsniai buvoatspausdinti:*pirmas - Hansch C. ir Fujita T. “ρ−σ−π Analysis. A method for the correlation of biological activity and chemicalstructure”. J.Am.Chem Soc., 1964, v. 86, p. 1616-1626.*antras - Free S.M. ir Wilson J.W. ” A mathematical contribution to structure activity studies”. J. Med.Chem., 1964, v. 7, p. 395-399.Abu įnašai vertingi tuo, kad 2 nauji metodai QSAR analizėje pradėjo savo vystymąsi, vėliau pavadinti:1) Hansch analize (linijinės laisvosios energijos arba ekstratermodinaminis požiūris) ir2) Free Wilson analize (matematinis, grupių adityvumo principas).**1969 - 1971 m. pasirodė tolesni Hansch C.ir Glave W.R. ir Clayton J.M. straipsnai (pvz. Hansch C., and GlaveW.R. Structure - Activity Relationships in Membrane - Perturbing Agents: Haemolytic, Narcotic and AntibacterialCompounds. Molecular Pharmacology, 1971, vol. 7, p. 337 - 384) buvo lyg simbolis persilau-žimo QSAR analizėje,pasiekto dėka kombinacijos skirtingų fizikocheminių parametrų linijiniu adityviniu (papildomuoju) būdu (lygtis5).log 1/C = a log P + b σ + ... + const (5) (linijinis kombinacijos variantas)kur: log1/C yra logaritmas atvirkštinės moliarinės dozės, kuri sukelia ar slopina tam tikrą biologinį atsaką,log P yra logaritmas n-oktanolio/vandens pasiskirstymo koeficientas,σ yra elektroninis parametras, Hammett konstantaTolesnis įnašas buvo lipofiliškumo parametro π paskaičiavimas:π X = logP R−X − log P R−H (6)Vėliau pasiūlyta kita išraiška, skirta nelinijinių lipofiliškumo-aktyvumo santykių kiekybiniam aprašymui:log 1/C = a (log P) 2 + b log P + c σ + ... + const (7) (parabolinis kombinacijos variantas)Free Wilson modelyje log 1/C dydis apibrėžiamas lygtimi:

3loh 1/C = ∑a ij + µ (8) kur: a ij yra pakaitalo (radikalo) X i grupių dalyvavimaspozicijoje j ;µ yra palyginamojo junginio tiriamoje jų serijojebiologinio (teorinio) aktyvumo dydisSkirtingų pakaitalų/radikalų X i visų grupių įnašai lyginami su atitinkamais pakaitalu, daugiausiai H, šiamepalyginmąjame junginyje.Abu modeliai liko nepakitę per paskutiniuosius tris dešimtmečius.Taigi, pagrindiniai organinių junginių Struktūros - aktyvumo santykio, SAS, ar teisingiau Kiekybinio struk-tūros -aktyvumo santykio (KSAS) [angliškai SAS reikštų SAR, Structure Activity Relationship, o KSAS - QSAR,Quantitative Structure Activity Relationship] analizės principai suformuluoti iki 1970 m.būtų sekantys :Visuose SAS ir KSAS (SAR, QSAR) skaičiavimuose,t.y. už šių metodų pagrindą, priimta fundamentali hipotezė:EGZISTUOJA TAM TIKRAS MATEMATINIS SANTYKIS (Kiekybinė priklausomybė) TARPMOLEKULIŲ FIZIKINIŲ-CHEMINIŲ IR BIOLOGINIŲ SAVYBIŲHansch C. suformulavo pagrindus KSAS (QSAR) tyrimams apie 1962 - 64 metus, o paskelbė apie 1971 m.ir nuo to laiko tokio tipo tyrimai taip pat dar vadinami HANSCH Analize. Ji skirta organinių junginių struk-tūriniųanalogų tyrimui, t. y. analizei jų reakcingumo tam tikroje topologijoje arba tam tikrame receptoriuje.TRYS PAGRINDINĖS HANSCH ANALIZĖS PRIELAIDOSI. Galima KIEKYBIŠKAI įvertinti molekulines savybes, kurios apsprendžia BIOLOGINĮ AKTYVUMĄ,(t.y. KIEKYBIŠKAI įvertinti molekulių FIZIKINES-CHEMINES SAVYBES)II. Atitinkamą BIOLOGINĮ ATSAKĄ (EFEKTĄ) galima matuoti KIEKYBIŠKAI.III. Matematiškai (t.y. FORMULE) galima aprašyti SĄRYŠĮ tarp FIZIKINIŲ-CHEMINIŲ ir BIOLOGINIŲ(tam tikrų FUNKCINIŲ/REGULIACINIŲ) šių molekulių SAVYBIŲ1) Junginiai turi būti struktūriniai analogai, kurie turi identiškumą farmakoforos struktūroje (t.y. pagrin-diniostruktūrinio elemento sąstate).2) Visi analogai turi parodyti biologinį efektą, sąveikaudami su tuo pačiu biologiniu receptoriumi (recepto-riais), t.y.turi turėti tam tikras topologines veikimo ribas (aut. pastaba).3) Turi būti įmanoma atlikti realius kiekybinius junginių- analogų fizikinių-cheminių savybių matavimus beiapskaičiavimus.4) Turi būti pakankamai junginių (analogų) sekoje, kad galima būtų statistiškai egzaminuoti eilę savybiųSchematiškai galima pavaizduoti, kad QSAR kaip ir Hansh analizės metodams būdingos sekančios pagrindi-nėssudedamosios dalys:BIOLOGINIAIDUOMENYSFIZIKOCHEMINIAIPARAMETRAIQSARKIEKYBINIAIMODELIAISTATISTINIAIMETODAI

42. Biologiniai duomenysĮvairių rūšių biologiniai duomenys gali būti vartojami Kiekybinių struktūros-aktyvumo santykių analizei (QSAR). Tai galibūti:** giminingumo duomenys, kaip substrato ar receptoriaus surišimo konstantos,** greičio konstantos,kaip asociacijos/disociacijos bei Michaelis Menten konstantos,** inhibicijos konstantos, ypatingai įvairių fermentų K i ir IC 50 dydžiai,** farmakokinetiniai parametrai, kaip absorbcijos greičio konstantos, pasisikirstymo parametrai, išsivalymas(clearance), metabolinės degradacijos greičio konstantosir pašalinimo greičio konstantos,** in vitro biologinio aktyvumo dydžiai:, gaunami naudojant bakterijų, grybų ir kitų ląstelių kultūras taip patkaip ir izoliuotus ar in situ perfuzuotus organus,** in vivo biologinio aktyvumo dydžiai, t.y. įvairūs farmakodinaminiai (chemodinaminiai) ir toksiniai vaistų(ar ksenobiotikų) aktyvumaiVisi šie duomenys tinka QSAR, jei jie pateikti teisingoje skalėjeŠia proga labai smagu pasišaipyti: VU Gamtos fakulteto mielieji klasikiniai biologai, kaip matote, ką laiko kiekybiniaisbiologiniais duomenimis šiuolaikinis procesų tyrimo mokslas1993 m. apibendrinęs 30 metų tyrimų cheminių junginiųpoveikio biologinėms sistemoms/porganizmams patirtį: k o n s t a n t a sir b i o l o g i n i o a k t y v u mo (procesų/reakcijų/organizmų, t.y. - biomarkerių aktyvumo )d y d ž i u s!!! Žinoma, kad tai ne struktūriniai-sistematiniai ir ne kokybiški-fenomenologiniaiaprašymai dar taip populiarūs mūsų biologijos disciplinų tarpe.Kodėl taip yra? Kad suprasti šiuolaikinių biologinių duomenų pateikimo būdo svarbą QSAR tyrimuose,tenka prisiminti QSAR bei molekuliniuose-biocheminiuose tyrimuose priimtą cheminės medžiagos - recep-toriaussąveikos supratimą.2.1. QSAR tyrimuose priimtas cheminės medžiagos - receptoriaus sąveikos supratimas1873 - 1878 m. Langley suformulavo koncepciją, kad “ vaistų veikimas vyksta per jų sąveiką su medžiagonis y,su kuriomis vaistai gali sudaryti junginius, ... pagal jų cheminį giminigumą y ”.1984 m. Fischer’is pripažino tokių reakcijų stereospecifiškumą, tirdamas enzimatinį anomerinių glikozidų skaidymąinvertinu ir emulsinu (t.y. α -gliukozidaze ir β -gliukozidaze, atitinkamai). Jam priklauso žodžiai: “ kad taiiliustruočiau, galiu pasakyti, ”kad pasireikštų cheminis efektas vieno kitam, fermentas ir gliukozidas turi atitikti vienaskitą kaip spyna ir raktas” (statiškasis stereocheminis modelis).Terminą “receptorius” pirmą kartą panaudojo Erlichas šio amžiaus pradžioje, tyrinėdamas dažomąsias me-džiagas bei jųsąveiką su biologiniais audiniais. Toliau kartais terminas “receptorius” buvo vartojamas kaipsinonimas bet kurio biologinio taikinio, t.y. bet kurios specifinės surišimo vietos makromolekulėje; griežtaikalbant, ši plati prasmė nėra teisinga pagal mūsų šių dienų receptoriaus apibrėžimą, pagal kurį receptorius- tai yra tirpus, prie membranos pritvirtintas ar netirpus, membranoje įsmigęs baltymas, kuris gali sukelti tam tikrąbiologinį atsaką (efektą) per eilę dažniausiai nežinomų įvykių (apibrėžimai, vyraujantys 1971 - 1990 m.literatūroje).1977 - 1983 m. pradinis literatūroje vyravęs statinis spynos ir rakto modelis ligando-receptoriaus sąveikos aiškinime buvomodifikuotas į realistiškesnį vaizdą su lanksčiomis vaistų molekulėmis ir dinamiškais receptoriais(H.Kubinyi, p.8). T.y., kada ligandas pasiekia savo surišimo vietą, abu partneriai gali keisti jų formą (in-dukuotasatitikimas, lankstus atitikimas). Daugelis mūsų žinių apie geometriją sąveikų ligando surišimo vieto-je yra kilę iš trimatės(t.y. erdvinės, 3D) struktūros.1989 - 1991 m. tik kelių su memb-rana surištų baltymų ir receptorių tipo baltymų erdvinėsstruktūros buvo parodytos atominės skiriamosios galios (resolution - angl.) jautrumu; tarpe jų - fotosintetinis reakcijoscentras, šviesos varoma protoninė pompa - bakteriorodopsinasir bakterinės membranos kanalas - porinas.1986 - 1991 m. atlikti Herbertte L.G. vaistų pasisikirstymo biologinėse membranose tyrinėjimai įnešė nema-žaisvarbios informacijos į receptoriaus koncepciją.Teisinga erdvinė vaisto/cheminės medžiagos sandara (spatialarrangement - angl.) ir jo atitinkama orientacija membranoje surišimo vietos atžvilgiu, jei pastaroji yra paviršiuje armembranoje panardintame receptriuje, nagrinėjamos kaip svarbiausios vaisto-receptoriaus sąveikoje. Taigi, cheminėsmedžiagos (vaisto) sąveikos su receptoriumi modelis buvo perkeltas iš vandeninės fazės į membraną, ir tuo pačiu : a) šismodelis rado savo vietą (kelią) viduje lipidų bisluoksnio ir b) ligando patekimo į surišimo vietą problemą sumažino išerdvinės (3D) iki plokštuminės (2D).Tai parodyta sekan-čiame paveiksle:Pav. Cheminės medžiagos (vaisto) - receptoriaus sąveikos.

5LA 1 2S 1RS 2Ligandas L gali pasiekti surišimo vietą S 1 arS 2 receptoriuje R tiesiogine difuzija vandensterpėje arba (S 2 vietos atveju) pereidamas įt.y. pasiskirstydamas membranoje ir joje difunduodamasiki surišimo vietos.Bx y Labai tvarkinga/reguliari lipidinio bisluoks-+ + nio struktūra gali užkirsti kelią lipofilinėms irypač ampifilinėms medžiagoms prasiskverbtiį tam tikrą gylį; medžiaga x pateks į surišimovietą, nes yra išsidėstęs tinkamame optimaliaisąveikai (su surišimo vieta) gylyje; tuo tarpumedžiaga y bus mažiau aktyvi ar neaktyvi, pvz.dėl stipriai teigiamai įkrautos dalies + sąveikossu fosfolipidų galvutėm, įkrautom neigiamai(dėl riboto judrumo ar kt.).Cx y Ligando orientacija surišimo vietos atžvilgiugali būti optimizuota membranos, apribojantrotacijos/pasisukimo laisvės laipsnius; medžiagax bus aktyvi, medžiaga y - ne. Be to,membrana gali stabilizuoti cheminių medžiagųkonformacijas, kurios bus visiškai skirtingostoms, kurios egzistuoja skysčio fazėje; tokiubūdu užtikrinama arba suardoma medžiagossąveika su receptoriaus surišimo vietamembranoje.Tenka pažymėti, kad 1991 m. Schwyzer R., ištyręs biomembranų receptorių selektyvumą peptidams paskelbė žurnaleJournal Receptor Research vieną iš galimų lygčių, nusakančių skirtingus termodinaminius įnašus į cheminės medžiagos(vaisto) - biomembranos sąveiką:∆G total = ∆G electrostatic − ∆G transfer + ∆G immobilization + ∆G amphiphilic + ∆ G dipole2.2. Biologinių duomenų pateikimo būdasQSAR tyrimuose biologiniai duomenys dažniausiai pateikiami logaritminėje skalėje. Tam egzistuoja keletaspriežasčių.***1. Sąryšis / santykis tarp medžiagos molekulių biologinio aktyvumo ir jų susirišimo (ar pasiskirstymo) sureceptoriumi (ar membranoje, audiniuose) laisvąja energija bei šią energiją aprašančių įprastinių lo-garitminiųlygčių, pavyzdžiui (psl. 16, 10):- giminingumas cheminės medžiagos (vaisto) D jo surišimo .vietai receptoriuje R yra apspręstas laisvosiosenergijos pokyčio ∆ G tarp abiejų partnerių būvių ir jų komplekso [DR], kuris susidaro dėka entalpijos pokyčio∆H ir entropijos pokyčio ∆S: ∆ G = ∆H − T ∆S- laisvoji energija ∆ G yra susijusi su reakcijos D + R = [DR] pusiausvyros konstanta K lygtimi∆ G = − 2.303 RT log Ktodėl dešimtainiai logaritmai yra naudojami klasikiniuose QSAR tyrimuose; Palyginamojoje molekuliniolauko analizėje (Comparative Molecular Field Analysis, CoMFA, - angl.) naudojami natūriniai logaritmai(susiję su dešimtainiais daugikliu 2.303). Kaip sutartiniai neigiami logaritmai, t.y. atvirkštinių moliariniųkoncentracijų, log 1 /C ar pC yra labiau vertinami, gaunant didesnius dydžius aktyvesniems junginiams; be

6to, dydžiai atvirkštinėje skalėje yra palyginami su pH ir pK a dydžiais***2. Regresinės analizės taikymo sąlyga yra normalinis eksperimento paklaidos pasiskirstymas nepriklausomamekintamąjame (ne pačių duomenų, kaip kartais sakoma literatūroje; biologinio aktyvumo dydis turi būtipriežastingai pasiskirstęs visame intervale be duomenų susikaupimo klasteriais, bet jie neturi išpildyti kokias nors kitassąlygas) . Biologiniams duomenims tai teisinga logaritminėje skalėje. Taigi log 1 / C (kurC yra moliarinė koncentracija kuri duoda tam tikrą efektą, t.y. ED 50 dydį), log 1 / K i , pI 50 , log k dydžiai, t.t. yratinkami biologiniai parametrai QSAR tyrimams. Kiti duomenys, kaip mg/kg dydžiai kartais duoda paten-kinamusrezultatus, nes jie stipriai koreliuoja su moliarinėmis dozėmis bent jau siaurame tų tiriamų junginių molekulinio svoriointervale. Tai teisinga ir kai kuriems procentinės koncentracijos duomenims, esantiemsintervale nuo poros % iki netoli 100 % (ir matuotiems kaip vienetinė dozė).Linijiniai dydžiai vietoje logaritminių yra kartais randami QSAR literatūroje; jei jie yra mažo intervalodydžiai, jie glaudžiai koreliuoja su logaritminiais dydžiais. Bet kurios išvados, išvestos lyginant rezultatus kaip iš vienosir kitos skalės (normalios, t.y. sveikų skaičių, ir logaritminės) tegali būti “geriausiai” bereikšmės. Jos tik atspindėsypatingai siaurą duomenų intervalą; atsitiktinės klaidos (paklaidos) gali atvesti į klaidingą inter-pretaciją.3. Organinių junginių charakteristikos: PARAMETRAI būtini QSAR analizeiDaugybė įvairių autorių vartoja skirtingus parametrus QSAR analizėje (priskaičiuojama šimtai panaudotų pa- rametrų) irdaugelis autorių laikosi skirtingo fizikocheminių parametrų skirstymo. Čia pateiktas fizikochemi-nių parametrų skirstymaspagal vieną iš vedančiųjų šiuolaikinių spacialistų QSAR analizėje, Hugo Kubinyi traktavimą [1]. Pagal jį skiriami:* Lipofiliškumo parametrai, t.y. pasiskirstymo koeficientai ir chromatografiniai parametrai.* Poliarizacijos parametrai, t.y. moliarinis refraktyvumas, moliarinis tūris, ir parachoras.* Elektroniniaia parametrai, t.y. Hammett σ konstantos ir rezonansiniai parametrai, parametrai, išvesti išspektroskopinių duomenų, krūvio pernešimo konstantų, dipolinių momentų, ir kiekybinių cheminių parametrų.* Steriniai parametrai, t.y. kurie išvesti iš linijinių laisvosios energijos sąveikų ir iš geometriniės analizės.* Parametrai, kaip molekulinis svoris, geometriniai parametrai, konformacinės entropijos, jungumo indeksaiir kiti topologiniai parametrai.* Indikatorių (Free Wilson’o tipo) kintamieji.3.1. HIDROFOBIŠKUMO CHARAKTERISTIKOS3.1.1. Lipofiliškumo parametrai ir pasiskirstymo koeficientaiQSAR tyrimuose šie parametrai yra sulaukę daugiausiai dėmesio. Lipofiliškumas ar hidrofobiškumas? Termi-nopasirinkimas tegali būti apspręstas tik semantinės išraiškos grožio; abiems priešingas terminas - hidrofiliš-kumas.Lipofiliškumas yra apibrėžiamas kaip pasiskirstymas junginių tarp vandeninės ir nevandeninės fazės:P =c orgc vand.Šiandien P yra apibrėžiamas kaip santykis medžiagos koncentracijos dvikomponentinėje (dvifazinėje ) siste-mojepusiausvyrinėmis sąlygomis; dėl galimos ištirpusios medžiagos asociacijos organinėje fazėje (pvz. kar-boksilinių rūgščiųdimerų susidarymo) pasiskirstymo koeficientai turėtų būti matuojami žemose koncentra-cijose (arba P dydžiaiekstrapoliuoti begaliniam ištirpusios medžiagos praskiedimui sistemoje.Pasiskirstymo koeficientai skirtingose organinio tirpiklio/vandens sistemose buvo naudoti ankstyvuose QSARtyrimuose, kol n-oktanolio/vandens sistema nebuvo panaudota pirmuose Hansch darbuose, išskai-čiuojantlipofiliškumo parametrą π iš fenoksiacto rūgščių pasiskirstymo koeficientų oktanolio/vandenssistemoje:π X = log P R−X − log P R−Hn-Oktanolio/vandens sistema turi daugiau privalumų, nei kitos sistemos:1) Nežiūrint n-oktanolio lipofiliškų savybių, jis ištirpina žymiai daugiau organinių junginių, negu alkaniniai,cikloalkaniniai ar aromatiniai tirpikliai.2) Vandeninė fazė n-oktanolio/vandens sistemoje beveik neturi oktanolio, nusistovėjus pusiausvyrai; oktanoliofazė ištirpina žymų kiekį vandens (2.3 mol ⋅ l -1 , atitinkantį moliariniam n-oktanolio/vandens santykiui≈ 4/1); jo poliarinės grupės (-OH) nereikalauja dehidratacijos jų pernešimui iš vandens fazės į organinę fazę.

8Kai kurių alkoholių pasiskirstymas tarp žmogaus eritrocitų membranų ir buferio koreliuoja su šių alkoholiųn-oktanolio/vandens pasiskirstymo koeficientais pagal sekančią lygtį:log P membr. = 1.003 (± 0.13) log P oct − 0.883 (± 0.39)(n = 5; r = 0.998; s = 0.082Nustatyta, kad, labai lipofiliški junginiai tai tie, kurių log P > 4.S Ą V E I K AOrganinė medžiagaMembrana(Ksenobijotikas, Xen. arba vaistas)POVEIKIS MEDŽIAGAI [Xen]POVEIKIS MEMBRANAI1. Difuzija per membraną gali būti Xen. efektą 1. Xen. gali keisti acilinių grupių konformacijąlimituojanti pakopa.membranoje.2. Membrana gali užkirsti kelią Xen. difuzijai 2. Xen. gali padidinti membranos paviršių.iki aktyvaus centro (receptoriaus).3. Membrana gali surišti ar akumuliuoti Xen. 3.Xen. gali pakeisti membranos takumą.4. Medžiagos (Xen.) solvatacija membranoje 4. Xen. gali keisti membranos potencialą irgali sukelti jos (Xen.) struktūros konforma-poliarinių (fosfolipidų) galvučių hidratacijącinius pokyčius.Įvairūs tirpikliai buvo pasiūlyti skirtingom membranoms ir audiniams modeliuoti:1. Alkanai (inertiški, kaip pvz cikloheksanas, heptanas ir kt.)2. n-Oktanolis (amfiprotinis - modelinis tirpiklis, labiau tinkamas membranos amfiprotiniams domenams modeliuoti(t.y. organinių medžiagų perėjimui per sritis, pasižyminčias dvejopomis savybėmis protono atžvilgiu).3. Chloroformas (H ryšių donoras). [Pastaba: membranos fosfolipidų mišinių išskyrimui senose metodikosenaudojamas chloroformas su metanoliu, santykiu 4 / 1].4. Propilenglikoliodipelargonatas, PGDP, - H ryšių akceptorius; PGDP atspindi membranos lipidinę dalį;PGDP negali visai pakeisti oktanolio tyrimuose; jis gali būti naudojamas kaip papildomas tirpiklis.[Didelis skaičius P PGDP / H2O duomenų įvairioms medžiagoms pateiktas 1989 -1992 m. Leahy et al. darbuose].Įvairių tirpiklių panaudojimas medžiagos pasiskirstymo koeficientui tarp vandens ir organinės fazės nusta-tyti(t.y. įvairaus tipo lipofiliškumo parametrai P org tirp. / H2O ) gali turėti papildomos naudos. Seiler P. 1974 m. I-ą kartąnustatė, kad organinių junginių, turinčių skirtingas funkcines grupes, H ryšių sudarymo geba, gali būti išreikštakaip skirtumas pasiskirstymo tarp cikloheksano / H 2 O ir n-oktanolio / H 2 O koeficientųpagal lygtį:∆ log P = log P oct − log P cikloheks. = ∑ I H − 0.16(tiesės lygtis, regresija)(n = 195; r = 0.967; s = 0.333; F = 107)Lentelė . Organinių radikalų (pakaitalų) bei pastruktūrų H ryšių sudarymo geba.Pakaitalas / substruktūraI HAromatinis - COOH 2.87

9Aromatinis - OH 2.60- CONH - 2.56- SO 2 NH - 1.93Alifatinis - OH 1.82Alifatinis - NH 2 1.33Aromatinis - NH 2 1.18- NR 1 R 2 (R 1 , R 2 H) 0.55- NO2 0.45>C=O 0.31- C=N 0.23- O - 0.11orto pakeitimas į -OH, -COOH, -NR 1 R 2 - 0.623.1.2. Pasiskirstymo koeficientų matavimas, išskaičiavimas ir lipofiliškumo įnašas molekuliųsavybių vertinimePasiskirstymo koeficientų matavimas :Filtrinių mėginių Klasikiniai ir naujieji Centrifuginiaimetodai pasiskirstymo koeficientų pasiskirstymo chromatogra-[ Filter probe ] nustatymo metodai fijos metodaiPurtymo kolbose Apversto fazės plona- Aukšto efektyvumo (slėgio)metodas sluoksnės chromatografijos chromatografijos[Shake flask ] metodas metodas[ TLC - Thin Layer Chromato- [ HPLC - High Perfomancegraphy ] Chromatography ]Šiuo metu išleisti žynynai, skirti chemikams, dirbantiems teisminėje ekspertizėje, kuriuose nurodyti įvairiųmedžiagų R f įvairiose standartinėse chromatografinėse sistemose [ ].Tai nėra lengva procedūra, kaip kad galima būtų laukti iš jų paprasto apibrėžimo. Log P dydžių nustatymasklasikiniais kolbų purtymo metodais reikalauja didelės eksperimentinės patirties. Praktinės problemos iškyla, matuojantpoliarinių ir labai lipofiliškų jinginių pasiskirstymo koeficientus.* Net mažos priemaišos gali drastiškai iškreipti eksperimente gautus dydžius, ypač jei analitinis metodas yrajautrus priemaišoms.* Fazės turi iš anksto būti nulygsvarintos dar neįnešus tiriamos medžiagos.* Po tiriamos (tirpstančios) medžiagos priedo ir pasiekus pusiausvyrą (po intensyvaus kratymo 24 val.), reikiacentrifuguoti, kad atskirti kiekybiškai fazes.* Pasiskirstymo koeficientai turi būti matuojami, naudojant mažus tirpiklio kiekius, kad išvengti medežiagosasociacijos (kompleksavimosi) reiškinio bet kurioje (organinėje ar vandens) fazėje.* Vandeninis buferis negali turėti ekstrahuojamų jonų* Ištirpusios medžiagos koncentracijos turi būti nustatytos abiejose fazėse, ir turi būti atlikti bent jau du nepriklausomimatavimai.* Pageidautiną tiriamą medžiagą ištirpdyti abiejose fazėse, kad užtikrintume, jog pusiausvyra pasiekiama išabiejų pusių (kitaip galimi stebinantys nukrypimai).Chromatografiniai parametrai, gauti apverstos fazės pluonasluoksnės chromatografijos metodu. atsitiktinai yranaudojami kaip pasiskirstymo koeficientų pakaitalai. Silikagelio plokštelės, apvilktos hidrofobine faze(šiandien jos firmų parduodamos paruoštos), yra elijuojamos vandens / organinio tirpiklio sistema su didė-jančiu vandenskiekiu. Gaunami R f dydžiai yra verčiami į R M dydžius, kurie yar tikrieji medžiagos lipofiliš-kumo matai. Sąryšis tarpR M ir R f buvo patvirtintas keliolikoje tyrimų, t.y. didelei grupei chemiškai heterogeniškųjunginių:

10R M = log (1 / R f − 1)(n = 415; r = 0.933; x = 0.377; F = 2803)Organinių medžiagų R M dydžių nustatymas turi daug privalumų, palyginus su log P matavimais:* Tiriami junginiai neturi būti gryni.* Tereikalingi tik medžiagos pėdsakai.* Gali būti ištirtas labai platus hidrofilinių ar lipofilinių analogų ratas.* Matavimas praktiškai netirpių analogų nesudaro problemų* Nereikia jokių kiekybinių metodų koncentracijos nustatymui (tiriamos medžiagos dėmės gali būti susektos//nustatytos bet kuriuo specifiniu ar nespecifiniu metodu).* Keletas junginių gali būti tiriama vienu metu.Pagrindinis metodo minusas yra precizijos ir atsikartojamumo ribotumas bei naudojimas skirtingų organiniųtirpiklių sistemų, kas daro neįmanomu išvedimą/sulyginimą π (lipofiliškumo parametro) ar f ( hidrofobinio fragmentokonstantos) skalių (žiūrėti žemiau).Aukšto efektyvumo skysčių chromatografija (HPLC) yra daugelyje laboratorijų (ypač pramoninių) pasirenkamasmetodas. Log k’ dydžiai, kurie išskaičiuojami iš junginio t r , užlaikymo laiko (retention time - angl.), ir dydist 0 , t.y. tirpiklio fronto užlaikymo laikas, yra glaudžiai susiję su n-oktanolio/vandens pasiskirstymo koeficientaispagal lygtį:k’ = (t r − t 0 )/ t 0log P = 1.025(±0.06)log k’ + 0.797(n = 33; r = 0.987; s = 0.127)HPLC metodu nustatant lipofiliškumo dydžius labai svarbus standartiškesnių sąlygų išlaikymas eksperimento metu, todėldaugelis apžvalgų nurodo technines detales, kaip kietą fazę, jos apvilkimojjunginius, kolonėlių užpildymotechniką, tirpiklius ir faktorius, veikiančius rezultatų atsikartojamumą. Lipofiliškumo dydžiai, gauti iš HPLCmatavimų nėra unikalios skalės, tačiau log k’ dydžiai gali būti konvertuoti į n-oktanolio/vandens pasis-kirstymokoeficientus, pasinaudojant eile HPLC kalibracinių standartų (standartinių palyginamųjų junginių),kurių pasiskirstymo koeficientai yra žinomi iš klasikinių purtymo kolbose metodų.Tirpumas vandenyje, nors ir artimai susijęs su lipofiliškumu (t.y. neutraliems skysčiams log 1/S prieš log P : n =140; r = 0.955; s = 0.344), nėra ir neturi būti naudojamas kaip parametras QSAR tyrimuose dėl dviejųpriežasčių:1) kietoms medžiagoms tai nėra tikras lipofiliškumo matavimas dėl tarpmolekulinių jėgų kristaluose (lygtys,siejančios pasiskirstymo koeficientus su tirpumais iš tikrųjų turi lydymosi tašką kaip papildomą parametrą);2) eksperimentinis tirpumo vandenyje išmatavimas yra sunkesnis, negu pasiskirstymo koeficientų atveju;klaidingi dydžiai gaunami,,jei pusiausvyra nepasiekiama dėl žemos tirpimo greičio konstantos ir svarbu,kad tirpumai žymiai didėja, esant netgi mažiems priemaišų kiekiams ir hiperįsotinimo reiškinys yra labaidažnas.Lipofiliškumo įnašas molekulių savybių vertinimeVienas svarbiausių Hansch pasiekimų QSAR analizėje buvo atradimas, kad pasiskirstymo koeficientai yra papildantyssudedamieji parametrai (additive constitutive parameters - angl.), taip kaip ir kitos molekulių savybės. (p. 34)Kaip minėta aukščiau, Hansch lipofiliškumo parametrą π apibrėžė taip, kaip kad buvo apibrėžta Hammett σ konstanta:π X = logP R−X − log P R−HVienintelis skirtumas - tai termino/dydžio, panašaus į ρ nebuvimas, nes π dydžiai nurodo aromatinius pakai-talus ir n-oktanolio/vandens pasiskirstymo koeficientus, jei specialiai nepažymėta kitaip. Nežymiai skirtingi πdydžiai gaunami meta- ir para- pakaitalams bei elektronų donorams, akceptoriams ir neutralius pakaitalus turintiemsbenzenams. π Dydžiai iš skirtingų skalių (junginių struktūrinių hrupių) gali būti susieti, jei elektroniniaiefektai yra įvertinami/nagrinėjami (pvz. įvedama Hammett σ konstanta):∆π = π Fenolo −π Benzeno = 0.823σ + 0.061

11(n = 24; r = 0.954; s = 0.097)Šiandien dažniausiai naudojami π Benzeno dydžiai, kurie buvo išvesti iš mono pakeistų benzenų.π Dydžių taikymas alifatinių junginių lipofiliškumo apskaičiavimams atvedė į stambius nuokrypius tarp ste-bėtųeksperimentiškai ir išskaičiuotų dydžių. Rekker pripažino, kad π dydžių panaudojimas alifatinių jungi-nių atveju yranetinkamas. 1977 m. jis pasiūlė hidrofobinio fragmento konstantą f , kuri yra atitinkamo pakaitalo ar grupės absoliutauslipofiliškumo įnašo matas, ir dydį a i, lygų fragmento su lipofiliškumo įnašu f i pasirodymų skaičiui (žiūr. lygtį). Taigi,nebeliko poreikio, kaip kad π dydžių apibrėžime, pagrįsti skaičiavimus junginio H atomų pakeitimu į grupę/radikalą X ;tad lygtis apibrėžianti log P per šiuos dydžius, būtų sekanti:log P = ∑ a i f if Skalės yra išvestos ne tik n-oktanolio/vandens, bet ir kitų tirpiklių sistemoms, pvz. alkano/vandens, chloroformo/vandensir PGDP (propilenglikoliodipelargonato) /vandens sistemoms. Pavyzdžiui metileno grupės fragmentodydžiai f yra žinomi 24-se skirtingose sistemose - organinis tirpiklis/vanduo.Naujoji sistema f , vėliau modifikuota Leo ir Hansch (1975 - 1980 m.) bei kitų buvo realus pasislinkimas pirmyn, kadangileido de novo išskaičiuoti junginių pasiskirstymo koeficientus. 1980-1983 m. Chou irJurs sukūrė kompjuterinę programą CLOGP pagal Hansch ir Leo hidrofobinių fragmentų konstantų metodą.CLOGPJunginioJunginioCheminė struktūra fizikocheminės savybės MEDCHEMSMILES programos POMONA duomenų bazė kompjuterinėpavidalu:programapvz. CCCC=butanas; Log P duomenys [VMS versijoje (3.54)Cc1ccccc1=toluenas; a) skirtinguose pH 1989 m.]c1ncccc1C(=O)O= ni- b) skirtinguose tirpiklių sistemose [UNIX versijoje (4.2)kotininė rūgštis (t.y. iš skirtingų literatūros šaltinių) 1992 m.]pK a duomenysDaylight Chemical Information System, Irvine, CA, USAPavyzdys: Log P apskaičiavimas junginiui DDT; palyginimas 2 metodų: Leo/Hansch (pagal atitinkamų standartiniųjunginių log P matavimus) ir Rekker(pagal tūkstančių junginių hidrofobinių konstantų vertinimąstatistiniais metodais).DDT, C 14 H 9 Cl 5 Cl CH Cllog P obs = 5.98 a) C Cl 3Leo/HanschRekker2 f C6H5 = 2 ⋅ (1.90) = 3.80 f C6H4 = 2 ⋅ (1.658) = 3.316-2 f H = -2 ⋅ (0.23) = -0.46 f CH = 0.337aliphat2 f C = 2 ⋅ (0.20) = 0.40 f CCl3 = 2.060aromf H = 0.23 2 f Cl = 2 ⋅ (0.924) = 3.803 f Cl = 3 ⋅ (0.06) = 0.182 f Cl = 2 ⋅ (0.94) = 3.80 log P calc = 7.561(6 - 1)⋅ F b = 5 ⋅ (-0.12) = -0.60

12F cBr = -0.133F mhG3 = 3⋅ (053) = 1.59log P calc = 6.89a)nauja reikšmė log P obs = 6.36 (HPLC nustatymas)3.2. KRŪVIO CHARAKTERISTIKOS3.2.1. Elektroniniai parametrai(p. 42 - 47)Elektroninės molekulių savybės gali būti aprašomos daugybe skirtingų parametrų, pvz.:** Hammett σ (sigma) konstantomis,** lauko ir rezonansiniais parametrais F ir R,** pK a dydžiais, t.y. disociacijos konstantomis (jų logaritmais)** parametrais, naudojamais molekulinėje spektroskopijoje (matavimai infraraudonoje srityje, IR, ir BMR)** krūvių pernešimo konstantomis,** dipoliniais momentais,** vandenilinio ryšio parametrais ir** parametrais, išvestais iš kiekybinių cheminių apskaičiavimų, t.y.:orbitalių energijomis ir daliniais krūviaisVisi šie parametrai aprašo tam tikros grupės ar pakaitalo įtaką molekulės elektronų tankio pasiskirstymui, irvisi jie buvo naudoti QSAR tyrimuose.3.2.2. Hammett σ (sigma) konstantosPanaudojimas σ konstantų QSAR tyrimuose pradėtas su Hanseno atradimu 1962 m., kad toksiškumas benzoi-nės rūgštiesanalogų, turinčių skirtingus pakaitalus/radikalus, moskitų lervoms koreliuoja su šių junginių Ham-mett σ dydžiais.Autorius išvedė jiems lygtį:log 1/C = 1.454 (+ 0.42) σ + 1.787 (+ 0.17)(n = 13; r = 0.918; s =0.243; F = 58.91)(3.3.1) Pastaba: lygtis, gauta, išėmus p-nitro- analogą iš eilės;(visiems analogams: n=14; r=0.711; s=0.427)Iš tikrųjų visi analogai gali būti geriau aprašyti, naudojant π vietoje σ. Log1/C santykis su σ lygtyje (3.3.1) egzistuojatik sėkmės dėka, dėl glaudaus santykio tarp π ir σ, jei nitro analogas yra išjungiamas iš serijos (n=13; π prieš σ; r =0.91).Lentelė x. Benzoinės rūgšties analogų toksiškumas moskito lervoms [p. 43 H.Kubinyi]Šoninis radikalas R π a) σ log1.C stebėtas log 1/C išskaičiuotas3,4,5 - Tri - I 3.36 0.88 3.54 3.403,5 - Di - I 2.24 0.70 2.85 2.804 - I 1.12 0.18 2.31 2.203,4-Di-Cl 1.42 0.60 2.28 2.364-Cl 0.71 0.23 2.06 1.984-Br 0.86 0.23 2.03 2.063-Cl 0.71 0.37 2.00 1.983,4-CH=CH−CH=CH− 1.27 0.17 1.92 2.284-F 0.15 0.06 1.85 1.684-CH 3 0.56 -0.17 1.66 1.90H 0.00 0.00 1.64 1.604-OCH 3 -0.02 -0.27 1.60 1.594-NO 2 -0.28 0.78 1.52 1.454-OH -0.67 -0.37 1.29 1.24Visos lygtys perskaičiuotos, naudojant π benzeno , σ meta (3-X) ir σ para (4-X) dydžius, pristatytus Lentelėje x.

13log 1/C = 0.535(+0.09) π + 1.602(+0.11) (3.3.2)(n = 14; r = 0.969; s = 0.151; F = 181.88)Kiekiybiniai cheminiai parametrai turi būti nepaprastai kritiškai ir rūpestingai parinkti QSAR tyrimuose. Nesankstyvas ir nekritiškas jų vartojimas diskreditavo juos ilgam laikui. Kiekybiniai cheminiai skaičiavimai duoda daugybęskirtingų dydžių, kaip:*atomų krūvius,*krūvių tankius,*gebą superdelokalizuotis,*elektrostatinius potencialus,*indukcinius, rezonansinius ir poliarizaciškumo efektus,* Žemiausių neužimtų molekulinių orbitalių (ŽNMO, angl.-LUMO) energijas ir t.t.1986 - 1991 m. laikotarpiu daugiau tinkamų šių parametrų taikymų QSAR analizėje rodo tikrąją jų vertę, pvz.:1) Atominių krūvių skirtumo parametro, ∆⏐σ⏐ X −Y , koreliaciją su biodegradacija pagal BDS (Biocheminiodeguonies sunaudojimo) parametrą [lygtis (3.3.3)].% BOD = 1015 ∆⏐σ⏐ X −Y , + 1.523 (3.3.3)(n = 197; r =0.991; s = 3.822)2) Žemiausių neužimtų molekulinių orbitalių (ŽNMO, angl.-LUMO) energijos ε LUMO koreliaciją su įvairiųaromatinių junginių mutageniškumu pagal TA 98 revertantų skaičių (Ames teste, naudojant Salmonella typhimuriumkamieną TA98) [lygtis (3.3.4)] .log TA 98 = 0.65 (+ 0.16) log P − 2.90(+ 0.59) log ( βP + 1) − 1.38(+0.25) ε LUMO + 1.88(+0.39) I i−− 4.15(+0.58) (3.3.4)log β = 5.48 optimumas log P = 4.93(n =1.88; r = 0.900; s =0.886)Pirmenybė ε LUMO (Žemiausių neužimtų molekulinių orbitalių, ŽNMO, energijos) panaudojimo lygtyje 3.3.4, palyginussu σ dydžiais, kyla iš galimybės įjungti/įvertinti skirtingus heterociklinius junginius, kuriems σ dy-džiai nėra žinomi.3.3. DYDŽIO IR FORMOS (STRUKTŪROS) CHARAKTERISTIKOS3.3.1. Dydžio (molekulinio svorio) parametrai (p.49-50)Svarbi grupė parametrų QSAR tyrimuose yra išvesta iš dvikryptės (plokštuminės, 2D) ir erdvinės (3D) cheminiųmedžiagų (vaistų) struktūros; šie parametrai yra tiesiogiai susiję su lipofilinėm, elektroninėm, ar ste-rinėmsavybėm. Molekulinio svorio terminas, MW, buvo panaudotas Lien’o 1980 m. , kad būtų užtikrintas atitikimasparabolinės Hansch lygties, aprašančios homologinių alifatinių aminų antifunginį aktyvumą prieš Rhinocladiumbeurmanni [log 1/C prieš (log P) 2 , log P ir log MW: n = 15; r = 0.994; s=0.161]. Tačiau šiuoatveju MW terminas tik įvertino siteminius nuokrypius (systematic deviations) tarp parabolinio modelio ireksperimentinių duomenų, priklausantį glaudžiam log P ir MW tarpusavio santykiui (r = 0.985).Tikslesnis molekulinio svorio parametro taikymas buvo parodytas QSAR tyrimuose, analizuojant vėžiniųląstelių daugybinį atsparumą vaistams, t.y. CR (vėžio sumažėjimą, - cancer reduction, CR); čia MW terminas atstovaujaCR dydžių priklausomybę nuo difuzijos greičio konstantų. Santykis tarp molekulinio svorio, MW,ir tūrio reiškia kad 3 √ MW, atitinkanti linijinei dydžio dimensijai, t.y. būtent ji tiesiogiai susijusi su difuzijos greičiokonstantomis ir galėtų geriau tikti, negu logaritmas MW (n =29; r = 0.871; s = 0.394).log CR = 0.70 (+0.24) 3 3√ MW√ MW − 1.01(+0.32)log (β ⋅ 10 +− 3.08(+1.42)log β = − 6.851 optimumas 3 √ MW = 7.21(n = 40; r = 0.891; s = 0.344)1) − 0.10(+0.05) log P + 0.38(+0.28) I −

14Tenka pastebėti, kad daugelis kitų parametrų, susijusių su dydžiu , kaip van der Waals’inis tūris, moliarinistūris, tirpikliui prieinamas paviršius, moliarinis refraktyvumas, ir kt. buvo naudojami aprašyti ir steriniams efektamsQSAR tyrimuose. Neįmanoma pateikti bendros apžvalgos apie geometrinių parametrų naudojimąQSAR tyrimuose; tokie parametrai yra išvesti iš žinomų ar hipotetinių farmakoforų ir tuo pačiu jie yra taikomitik apibrėžtoms junginių serijoms.3.3.2. Poliarizacijos (molekulinio tūrio) parametrai (p. 40 - 42)Moliarinis tūris (molar volume - angl., MV), moliarinis refraktyvumas (molar refractivity - angl., MR) irparachoras (parachor- angl., PA) yra teoriškai ir praktiškai glaudžiai susiję parametrai, aprašomi sekančiomislygtimis:MV = MW / ρ , kur: MW - molekulinis svoris, ρ - tankis ( 3.3.2.1)n 2 − 1MR = MV , kur: n - refrakcinis indeksas ( 3.3.2.2)n 2 + 2PA = MV ⋅ γ 1/4 , kur: MV - moliarinis tūris, γ - paviršiaus įtempimas ( 3.3.2.3)Kitas susijęs su šiais dydžiais parametras yra moliarinė poliarizacija P M (dielektrinė konstanta ε tada būtų naudojamavietoje n 2 lygtyje ( 3.3.2.2).Moliarinis tūris pats savaime nėra griežtai sudedamoji/adityvinė savybė, bet pakoreguoti(taisyti) tūrio parametrai MR ir PA yra sudedamosios (adtyvinės) esminės (konstitucinės) molekulės savybės, kaip kadlog P ir Hammet σ parametrai. MR ir PA yra retai naudojami, o MR yra labai plačiai naudojamas QSAR tyrimuose.Tamtikra prasme MR yra chameleonu tarpe fizikocheminių parametrų,naudojamų QSAR. Yra darbų, kuriuose parodyta MR koreliacija su lipofiliškumu, steriniais gabaritais ir mo-liariniu tūriu.Iš tikrųjų MR pagal savo komponentą MW / ρ yra susijęs su pakaitalo radikalo tūriu ir dydžiu, bet negali būti pagrįstasvien šiais parametrais.MR koreliuoja su:* van der Waals’o tūriu (r = 0.97)*parachoru (r = 0.92) ,* apimties/gabaritų (bulk - angl.) parametru B [of BC (DEF) components] (r = 0.84)* aromatinių (r = 0.90) ir alifatinių (r = 0.91) fragmentų tūrio konstantomis, ir*molekulinio jungumo parametrais 0 χ ar v (r = 0.95) ir 1 χ ar v (r = 0.95) (žiūr. skyr. 3.3.3)Tačiau nekoreliuoja su: skirtingais lipofiliškumo parametrais (r=0.53 - 0.62)steriniais parametrais E s (r = 0.56) E sc(r = 0.36) irCharton’o (t.p. steriniais) parametrais υ (r = 0.58) [žiūr.skyr.3.3.4]MR savarba fermentų-ligandų tyrimuose išryškėja, nagrinėjant erdvines (3D) struktūras: radikalai, mode-liuojamigeriau pagal MR parametrus, susiriša su poliarinėmis (fermento) sritimis, kai tuo tarpu pakaitalai, modeliuojamipagal π parmetrus (lipofiliškumo) susiriša su hidrofobine aplinka. Atitinkamai MR reikšmės su teigiamu ženkluQSAR lygtyje gali būti aiškinami pakaitalų sąryšiu su poliariniumi paviršiumi, o neigiamasženklas arba nelinijinis atitikimas žymi ribotą radikalo sterinį įsiterpimą į šią surišimo vietą.Skirtinga MR prigimtis, palyginus su kitomis, pvz. hidrofobinėmis ir sterinėmis savybėmis, gali išryškėti tais atvejais, kaitinkamas pakaitalų/radikalų atrinkimas leidžia tam realizuotis. Vienas tokių pavyzdžių būtų malatdehidrogenazėsinhibicija 4-hidroksichinolin-3-karboksilinėmis rūgštimis:OHCOOHRN

15Joms fermento sąveika su ligandu (inhibitoriumi) yra geriau aprašoma MR, negu π parmetru:pI 50 (MDH) = 0.70(+0.17) MR + 2.29(+0.30) ; (n=13; r=0.939; s=0.315);(pI 50 prieš π: n=13; r=0.604; s=0.716);Kvėpavimo inhibicija ascitinio auglio ląstelėse bei šių rūgščių transportas į ląstelę ar akumuliacija ląstelėje yrageriau aprašomi parametru π.pI 50 (ascite) = 0.46 (+0.11) π + 3.22(+0.16) (n=14; r=0.933; s=0.280);(pI 50 prieš MR: n=14; r=0.699; s=0.554);Lentelėx. Pakeistos ties 7-u anglies atomu 4-hidroksichinolin-3-karboksilinės rūgštys, kaip ląstelių kvėpavimoinhibitoriai.Šoninis radikalas R pI 50 Malato pI 50 π a) MR b)Dehidrogenazės AscitoH 2.98 0.00 0.103Cl 2.44 3.84 0.55 0.603F 1.98 3.30 0.06 0.092OCH 3 3.28 0.49 0.787COCH 3 3.04 3.10 -0.39 1.118N(CH 3 ) 2 3.32 3.33 1.10 1.555OCH 2 C 6 H 5 4.49 4.41 1.81 3.174OCH 2 C 6 H 3 (3,4-Cl 2 ) 5.32 4.82 3.23 4.174NO 2 2.72 3.24 -0.40 0.736CONH 2 3.13 2.24 -1.18 0.981COOH 2.97 2.24 -2.80 0.605SO 2 CH 3 3.18 2.75 -1.39 1.349OH 3.31 3.04 0.06 0.285SO 2 NH 2 3.02 2.47 -1.36 1.228SO - 3 2.67 2.88 c) -4.76 0.971a) apskaičiuota iš pamatuotų log P dydžiųb) MR dydžiai matuoti pagal faktorių/daugiklį 0.1 [MR values are scaled by a factor of 0.1]c) neįjungta į skaičiavimusKompjuterinė MEDCHEM programa turi rutininio MR dydžių skaičiavimo algoritmą.3.3.3. Topologiniai indeksai ir kiti parametrai (p. 52 - 53)Labai didelė grupė parametrų QSAR tyrimuose (gaila, kad per daug didelė) yra topologiniai indeksai, t.y. jungumodydžiai χ (žiūr. pav.), pagrįsti cheminių struktūrų charakterizavimu grafikų teorija. Nuo tų metų, kai 1975 pasirodėpirmos publikacijos apie molekulinio jungumo dydžius, daugybė straipsnių šia tematika pasirodėQSAR tyrimuose.Molekuliniai jungumo indeksai χ yra skaičiuojami iš molekulinių formulių vieningu būdu, ir dėl jų matema-tinioapibrėžimo kai kurie šakoti ir nešakoti izomerai gali būti aprašomi labai tiksliai (Kier & Hall, 1976).Pavyzdžiui Yoshioka et al., 1986, tirdami organinių cheminių junginių QSAR Tetrahymena pyriformis pirmuonių(toksiškumui) naudoja regresinei analizei šalia kitų QSAR parametrų molekulinio jungumo indeksus - paprastus (χ) irvalentinius (χ v ).Šiame darbe pažymėtos sekančios molekulinio jungumo (ir sudėtingumo) eilės:

16Eilė: o ; o − o ; o − o − o; o − o − o − o ; o − o − o − o − o1 2 3 4 5o o oKlasteris: o − o ; o − oo o o4 6o o − o o o − oGrandinė: o o o o oo o − o o − o o − o3 4 5 6Dar 1979 m. H. Kubinyi detaliai aprašė atominio ir valentinio jungumų matematines išraiškas, pvz izo-butanolui;tada atitinkamos eilės molekulinio jungumo indeksai (bei pačios eilės) buvo apibrėžiamos kiek kitaip:H 3 C 1 1CHCH 2 OH = 1 5H 3 C 1 3 2 1 3 2izo-butanolas (Atominis jungumas) (Valentinis jungumas)0-nė eilė:0 χ = ∑ (δ i ) −1/20 χ = 3(1) −1/2 + (3) −1/2 + (2) −1/2 = 4.2840 χ v = 3(1) −1/2 + (3) −1/2 + (2) −1/2 + (5) −1/2 = 3.7321-ma eilė: , , ,1 χ = ∑ (δ i δ j ) −1/21 χ = 3(1⋅3) −1/2 + (2⋅3) −1/2 + (2⋅1) −1/2 = 2.2701 χ v = 3(1⋅3) −1/2 + (2⋅3) −1/2 + (2⋅5) −1/2 = 1.8792-a eilė: , , ,2 χ = ∑ (δ i δ j δ k ) −1/22 χ = (1⋅3⋅1) −1/2 + 3 (1⋅3⋅2) −1/2 = 1.8022 χ v = (1⋅3⋅1) −1/2 + 2(1⋅3⋅2) −1/2 + (3⋅2⋅5) −1/2 = 1.5763-ios eilės trajektorija (path- angl.): ,3 χ C = ∑ (δ i δ j δ k δ l ) P−1/23 χ P = 2(1⋅3⋅2⋅1) −1/2 = 0.8163 χ v P = 2(1⋅3⋅2⋅5) −1/2 = 0.3653-ios eilės klasteris (cluster - angl.):3 χ C = ∑ (δ i δ j δ k δ l ) C−1/23 χ C = (1⋅1⋅3⋅2) −1/2 = 0.4083 χ v C = (1⋅1⋅3⋅2⋅) −1/2 = 0.4084-ios eilės trajektorija : ( )4 χ P = ∑ (δ i δ j δ k δ l δ m ) P−1/2

174-ios eilės klasteris: ( )4 χ C = ∑ (δ i δ j δ k δ l δ m ) PC−1/24-ios eilės trajektorija/klasteris :4 χ PC = ∑ (δ i δ j δ k δ l δ m ) PC−1/24 χ PC = (1⋅1⋅3⋅2⋅1) −1/2 = 0.4084 χ v PC = (1⋅1⋅3⋅2⋅5) −1/2 = 0.183Viduje chemiškai stipriai susijusių junginių topologiniai indeksai siejasi su jų fizikocheminėmis savybėmis,kaip pasiskirstymo koeficientai, moliarinis refraktyvumas ir sterinės savybės; vsi jie kartu leidžia kiekybiškai aprašyti(labai dažnai nespecifinius) chemiškai stipriai susijusių junginių biloginiusaktyvumus.Paskutiniaisiais metais buvo sukurta ir daugiau topologinių indeksų:*** Molekulinės formos indeksas κ (Hall &kier, 1991; Kier, 1987-1989).***Fragmentų analizė QSAR tyrimuosse, pagrįsta fragmento charakterizavimu tinkamai pasverta/apibrėžtatrajektorija (Randic & Jurs, 1989).*** Lankstumo indeksai, išskaičiuoti iš molekulinės formos deskriptorių (Kier, 1989).***Linijiškumui transformuoti χ dydžiai (Hall & Aaserud, 1989).***Topologinio būvio ir ir bendrųjų/visuotinų topologinių indeksų koncepcija (Hall & Kier, 1990).***Wiener’io indeksų naujas apibrėžimas pagal skirtingų ryšių tipų įnašus (Wiener, 1947; Lukovits, 1990).***Topologiškai pagrįsti elektroniniai deskriptoriai (Gombar & Enslein, 1990).***Elektrotopologinio būvio indeksai (Hall et. all., 1991; Hall & Kier, 1992).***Diferenciniai molekulinio jungumo indeksai (Kier and Hall, 1991).Hugo Kubinyi pastebi, kad specialistai nenustebs, jei kai kurie biologiniai aktyvumai atsitiktinai bus paaiškintibet kuria kombinacija tokios daugumos parametrų.Tačiau topologinių indeksų panaudojimas QSAR tyrimuose buvo labai daug kartų kritikuotasnes daugelyje straipsnių nesilaikoma geros QSAR analizės praktikos, pvz.:*****Priešingai bendrom rekomendacijom apie atsirinkimą biologiškai prasmingų parametrų (Unger &Hansch, 1973), topologinių parametrų fizikocheminė prasmė niekada nėra aiški.*****Gali kilti atsitiktinės koreliacijos, nekritiškai derinant didelį skaičių artimai susijusuų jungumo terminų,kaip pvz.: normalaus ir valentinio jungumo dydžius,aukštesnės eilės trajektorijos ir klasterio jungumo terminus,kvadratinius jungumo terminus.*****Daugeliu atvejų regresijos koeficientų standartiniai nuokrypiai (paklaidos) yra duoti vietoje patikimumointervalų, darant prielaidą, kad terminai (apibrėžimai) yra svarbūs,, kai tuo tarpu realybėje taip nėra.1990 m. Taylor rašė Ramsden’o C.A. (leidėjas) knygoje Quantitative Drug Design, Vol. 4 of ComprehensiveMedicinal Chemistry. The Rational Design, Mechanistic Study & Therapeutic Application of Chemical Com-pounds, kadtopologinių indeksų paskaičiavimas yra paprastas ir jų panaudojimas tapo labai paplitęs, tačiaubuvo susidariusi tendencija naudoti molekulinį jungumą kontekste, kuriame jis nėra tinkamas ir taippat atitrauktas dėmesys nuo realaus darbo (kitose srityse) ir to kas turi būti daroma.Susumuojant visus aukščiau pristatytus parametrus, šiandien naudojamus QSAR skaičiavimui,cheminio junginio biologiniam aktyvumui aprašyti naudojama formulė:log (1/C) = α Σ π + b Σ σ + c E s + dC – moliarinė koncentracija arba dozė duoto chemikalo, kuri duoda apibrėžtą biologinį atsaką (LC 50ar kt.)Σ π - suma pakaitų (radikalų) konstantų dydžių hidrofobinio įnašo į pradinės molekulės savybesΣ σ - suma pakaitų (radikalų) Hammett konstantų elektroninio įnašo kiekvienam junginiui,E s - Tafts’o pakaitų konstantos steriniams efektams aprašyti;a,b,c, - konstantos algebrinei tiesinei lygčiai, skirtai duomenims aprašyti.