1-2- وابستگی كمی ساختار ـ فعالیت[2] (QSAR)

یكی از زمینه های مهم كاربرد كمومتریكس در مطالعاتی است كه خواص مولكول ها را به ویژگی های ساختاری آنها نسبت می دهد. از نظر شیمی دانان فعالیت و خواص یک تركیب ناشی از ویژگی های ساختاری آن است. این نوع از مطالعات به بررسی كمی ارتباط ساختار با فعالیت (QSAR)، هدف از مطالعات (QSAR) پیدا كردن رابطه ای بین رفتار فیزیكی و شیمیایی یک مولكول با پارامترهای ساختاری آن است. نتایج این مطالعات علاوه بر شفاف سازی نحوه ارتباط بین خواص مولكول ها و ویژگی های ساختاری آنها به پژوهشگران در پیش بینی رفتار مولكول های جدید براساس رفتار مولكول های مشابه كمك می كند.

ارتباط كمی ساختار ـ فعالیت به نحوه ارتباط بین فعالیت بیولوژیكی و ساختار شیمیایی تركیبات می پردازد. هدف QSAR، ایجاد رابطه ای منطقی بین كمیت ها و یا خواص تركیبات (فعالیت) و ساختار شیمیایی آنها است و این قاعده برای مولكول های جدید مورد استفاده قرار می گیرد.از QSAR می توان برای توصیف خواص فیزیكی مانند حلالیت، هیدروفوبیسیته، دمای جوش، تحرك یونی، فعالیت بیولوژیک برای سمیت ژنی، مواد سرطان زا و غیره استفاده کرد و همچنین خواص بیولوژیكی مانند IC50، و خواص فضایی، هیدرفوبیسیته، و الكترونی را پیش بینی كرد. از كاربردهای دیگر QSAR می توان به محاسبه زمان بازداری تركیبات، گرانروی، ثابت های بازی و اسیدی تركیبات اشاره كرد [1-17].

فرمول بندی هزاران معادله با بهره گرفتن از روش QSAR گواه اعتبار مفاهیم و كاربرد آن در توضیح مكانیسم عملكرد داروها در سطح مولكولی و درك كامل تری از پدیده های فیزیكی مانند آبگریزی است [18]. در حال حاضر این امكان وجود دارد كه علاوه بر توسعه مدلی برای یک سیستم، به مقایسه مدل ها از پایگاه داده های بیولوژیكی و به رسم شباهت ها با الگوهایی از پایگاه داده های آلی فیزیكی دست یافت [19]. این فرایند، مدل استخراج^[3] نامیده شده كه یک رویكرد پیچیده برای مطالعه فعل و انفعالات شیمیایی و بیولوژیكی فراهم می كند.

1-3-توسعه تاریخی QSAR

QSAR برای اولین بار در قرن نوزدهم مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1863 كروس^[4] از دانشگاه استراسبرگ دریافت كه سمیت الكل ها در PESTAN(به خاطر محدودیت سایت در درج بعضی کلمات ، این کلمه به صورت فینگیلیش درج شده ولی در فایل اصلی پایان نامه کلمه به صورت فارسی نوشته شده است)داران با كاهش حلالیت آنها افزایش پیدا می كند [20]. در سال 1865 براون^[5] و فریزر به ارتباط بین فعالیت های فیزیولوژیكی و ساختار شیمیایی پی بردند [21] و اعلام كردند كه عمل

1-2- وابستگی كمی ساختار ـ فعالیت[2] (QSAR)

یكی از زمینه های مهم كاربرد كمومتریكس در مطالعاتی است كه خواص مولكول ها را به ویژگی های ساختاری آنها نسبت می دهد. از نظر شیمی دانان فعالیت و خواص یک تركیب ناشی از ویژگی های ساختاری آن است. این نوع از مطالعات به بررسی كمی ارتباط ساختار با فعالیت (QSAR)، هدف از مطالعات (QSAR) پیدا كردن رابطه ای بین رفتار فیزیكی و شیمیایی یک مولكول با پارامترهای ساختاری آن است. نتایج این مطالعات علاوه بر شفاف سازی نحوه ارتباط بین خواص مولكول ها و ویژگی های ساختاری آنها به پژوهشگران در پیش بینی رفتار مولكول های جدید براساس رفتار مولكول های مشابه كمك می كند.

ارتباط كمی ساختار ـ فعالیت به نحوه ارتباط بین فعالیت بیولوژیكی و ساختار شیمیایی تركیبات می پردازد. هدف QSAR، ایجاد رابطه ای منطقی بین كمیت ها و یا خواص تركیبات (فعالیت) و ساختار شیمیایی آنها است و این قاعده برای مولكول های جدید مورد استفاده قرار می گیرد.از QSAR می توان برای توصیف خواص فیزیكی مانند حلالیت، هیدروفوبیسیته، دمای جوش، تحرك یونی، فعالیت بیولوژیک برای سمیت ژنی، مواد سرطان زا و غیره استفاده کرد و همچنین خواص بیولوژیكی مانند IC50، و خواص فضایی، هیدرفوبیسیته، و الكترونی را پیش بینی كرد. از كاربردهای دیگر QSAR می توان به محاسبه زمان بازداری تركیبات، گرانروی، ثابت های بازی و اسیدی تركیبات اشاره كرد [1-17].

فرمول بندی هزاران معادله با بهره گرفتن از روش QSAR گواه اعتبار مفاهیم و كاربرد آن در توضیح مكانیسم عملكرد داروها در سطح مولكولی و درك كامل تری از پدیده های فیزیكی مانند آبگریزی است [18]. در حال حاضر این امكان وجود دارد كه علاوه بر توسعه مدلی برای یک سیستم، به مقایسه مدل ها از پایگاه داده های بیولوژیكی و به رسم شباهت ها با الگوهایی از پایگاه داده های آلی فیزیكی دست یافت [19]. این فرایند، مدل استخراج^[3] نامیده شده كه یک رویكرد پیچیده برای مطالعه فعل و انفعالات شیمیایی و بیولوژیكی فراهم می كند.

1-3-توسعه تاریخی QSAR

QSAR برای اولین بار در قرن نوزدهم مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1863 كروس^[4] از دانشگاه استراسبرگ دریافت كه سمیت الكل ها در PESTAN(به خاطر محدودیت سایت در درج بعضی کلمات ، این کلمه به صورت فینگیلیش درج شده ولی در فایل اصلی پایان نامه کلمه به صورت فارسی نوشته شده است)داران با كاهش حلالیت آنها افزایش پیدا می كند [20]. در سال 1865 براون^[5] و فریزر به ارتباط بین فعالیت های فیزیولوژیكی و ساختار شیمیایی پی بردند [21] و اعلام كردند كه عمل فیزیولوژیک ماده، تابع تركیب شیمیایی و ساختار آن است [22]. چند دهه بعد، در سال 1893، ریچت^[6] نشان داد كه سمیت مجموعه ی متنوع از مولكول های آلی ساده به طور معكوس به حلالیت آن با آب وابسته است [23]. در سال 1899، هانس هرست مییر^[7] از دانشگاه مربورگ و در سال 1897، چارلز ارنست اورتن^[8] از دانشگاه زوریخ دریافتند كه سمیّت تركیبات آلی به چربی دوستی آنها بستگی دارد .

لوئیس هامت^[9] دریافت كه بین خواص الكترونیكی اسیدها و بازهای آلی و ثابت تعادل و واكنش پذیری آنها ارتباطی منطقی وجود دارد كه این امر باعث توسعه این روش شد. رابرت مویر^[10]، گیاه شناس، از دانشگاه پومونا، دریافت كه دو اسید با فعالیت بیولوژیكی مشابه هر دو تنظیم كننده رشد گیاه هستند، طرح این موضوع با شیمیدانی به نام كروین هانش^[11] باعث شد تا با درک اهمیت چربی دوستی این کمیت با تقسیم دارو بین اكتانول و آب تعیین شود [25-27].

در سال 1939 فرگوسن[12] تعمیم ترمودینامیكی نسبت به رابطه عمل افسردگی با اشباع نسبی از تركیبات فرار در حاملی كه در آن اجرا می شد را معرفی كرد [28]. كار گسترده ای از آلبرت²، و بل³ و رابلین⁴ بر روی اهمیت یونیزاسیون بازها و اسیدهای ضعیف در فعالیت باكتریوستاتیک انجام گردید [29-31]. در عین حال در عرصه شیمی فیزیک آلی، گام های بلندی برای اثرات جایگزینی در واكنش های آلی برداشته شد، كه به الهام از كار اولیه هامت بود. تفت⁵ راهی را برای تفکیک اثرات قطبی، فضایی و اثرات رزونانس ارائه كرد و اولین پارامتر فضایی، Es را معرفی نمود [34]. مشاركت هامت و تفت ، مبنای مكانیكی برای توسعه الگوهای QSAR توسط هانش و فوجیتا⁶ را پی ریزی كرد. در سال 1962 هانش و موییر نتایج جالب وابستگی ساختار فعالیت تنظیم كننده های رشد گیاه به ثابت هامت و آبگریزی را منتشر كردند [35]. با بهره گرفتن از سیستم آب / اكتانول، یک سری كامل از ضرایب تقسیم اندازه گیری شد و در نتیجه یک مقیاس جدید هیدروفوبیک معرفی شد. پارامتر ، كه آبگریزی نسبی جایگزینی هست، در یک روش مشابه نسبت به سیگما، تعریف شد [36].

 فیزیولوژیک ماده، تابع تركیب شیمیایی و ساختار آن است [22]. چند دهه بعد، در سال 1893، ریچت^[6] نشان داد كه سمیت مجموعه ی متنوع از مولكول های آلی ساده به طور معكوس به حلالیت آن با آب وابسته است [23]. در سال 1899، هانس هرست مییر^[7] از دانشگاه مربورگ و در سال 1897، چارلز ارنست اورتن^[8] از دانشگاه زوریخ دریافتند كه سمیّت تركیبات آلی به چربی دوستی آنها بستگی دارد .

لوئیس هامت^[9] دریافت كه بین خواص الكترونیكی اسیدها و بازهای آلی و ثابت تعادل و واكنش پذیری آنها ارتباطی منطقی وجود دارد كه این امر باعث توسعه این روش شد. رابرت مویر^[10]، گیاه شناس، از دانشگاه پومونا، دریافت كه دو اسید با فعالیت بیولوژیكی مشابه هر دو تنظیم كننده رشد گیاه هستند، طرح این موضوع با شیمیدانی به نام كروین هانش^[11] باعث شد تا با درک اهمیت چربی دوستی این کمیت با تقسیم دارو بین اكتانول و آب تعیین شود [25-27].

در سال 1939 فرگوسن[12] تعمیم ترمودینامیكی نسبت به رابطه عمل افسردگی با اشباع نسبی از تركیبات فرار در حاملی كه در آن اجرا می شد را معرفی كرد [28]. كار گسترده ای از آلبرت²، و بل³ و رابلین⁴ بر روی اهمیت یونیزاسیون بازها و اسیدهای ضعیف در فعالیت باكتریوستاتیک انجام گردید [29-31]. در عین حال در عرصه شیمی فیزیک آلی، گام های بلندی برای اثرات جایگزینی در واكنش های آلی برداشته شد، كه به الهام از كار اولیه هامت بود. تفت⁵ راهی را برای تفکیک اثرات قطبی، فضایی و اثرات رزونانس ارائه كرد و اولین پارامتر فضایی، Es را معرفی نمود [34]. مشاركت هامت و تفت ، مبنای مكانیكی برای توسعه الگوهای QSAR توسط هانش و فوجیتا⁶ را پی ریزی كرد. در سال 1962 هانش و موییر نتایج جالب وابستگی ساختار فعالیت تنظیم كننده های رشد گیاه به ثابت هامت و آبگریزی را منتشر كردند [35]. با بهره گرفتن از سیستم آب / اكتانول، یک سری كامل از ضرایب تقسیم اندازه گیری شد و در نتیجه یک مقیاس جدید هیدروفوبیک معرفی شد. پارامتر ، كه آبگریزی نسبی جایگزینی هست، در یک روش مشابه نسبت به سیگما، تعریف شد [36].