Thema 3: Red. Graphen, 3D Deskriptoren, Clustering Flashcards
Wie lassen sich zyklische und azyklische Kanten bestimmen ? (BCC, DFS grob)
BCC (Biconnected Components) beschreibt Komponenten in einem Graphen, in denen jeder Knoten durch mindestens zwei verschiedene Pfade verbunden ist, was auf das Vorhandensein von Zyklen hinweist.
Ein BCC wird identifiziert, indem man eine Tiefensuche (DFS) durchführt und für jeden Knoten eine Tiefenanzahl und eine niedrigste erreichbare Tiefe (low) speichert.
Wenn ein Knoten und seine Kinder durch eine Rückkante verbunden sind, die eine niedrigere Nummer als die aktuelle Tiefe aufweist, gehört die Kante zu einem Zyklus.
Was ist eine Zyklenbasis ? Kannes Zyklenbasen mit unterschiedlicher Ringanzahl geben ?
Anzahl der Zyklenbasen kann variieren aber bei Anzahl MINIMALER ZYKLENBASEN –> Nein, zyklomatische Zahl
Was ist ein SSSR ? Wie lautet die Definition ?
Minimale Ringbasen grob–> Erkläre… Die Smallest Set of Smallest Rings (SSSR) ist definiert als die kleinste Menge von Ringen in einem Molekülgraphen, bei der jeder Ring im Graphen als Kombination der in dieser Menge enthaltenen Ringe ausgedrückt werden kann. Jeder Ring in dieser Menge ist ein kleinster Ring, das heißt, er enthält die geringstmögliche Anzahl von Atomen unter den Zyklen, die durch den entsprechenden Graphen laufen. Die SSSR ist eine minimale Zyklenbasis, die sicherstellt, dass keine redundanten Ringe (größere Ringe, die durch die Kombination kleinerer Ringe entstehen) in der Menge enthalten sind.
Wie bestimmt man die minimale Zyklenbasis ? Erklären Sie Hortons Kriterium
Hortons Algorithmus; Zyklus wird nur dann dargestellt, wenn er nicht als lineare Kombination von anderen Zyklen erstellt werden kann –> Anzahl der Zyklen in minimaler Zyklenbasis ist ZYKLOMATISCHE ZAHL
Hortons Kriterium optimiert die Suche, indem es sicherstellt, dass nur die kürzesten und relevantesten Zyklen in Betracht gezogen werden. Dadurch wird der Prozess effizienter, obwohl die Anzahl der möglichen Zyklen in einem Graphen exponentiell sein kann.
Hortons Kriterium detailliert: Referenzkante und Startpunkt- Reicht es bei den kürzesten Pfaden nur einen zu betrachten oder müssen mehrere betrachtet werden ?
HORTON IM DETAIL- KèRZESTEN PFAD ZWISCHEN BESTANDTEILEN/KANTEN SUCHEN UND DANN DIE RINGE IDENTIFIZIEREN
ES MèSSEN ALLE KèRZESTEN PFADE BETRACHTET WERDEN UND ANSCHLIESSEN AUF LINEARE UNABHàNGIGKEIT GEPRèFT WERDEN
ür jede Kante
(
𝑢
,
𝑣
)
(u,v) im Graphen wird diese Kante als Referenzkante betrachtet. Das Ziel ist es, alle Zyklen zu finden, die diese Referenzkante enthalten.
Der Algorithmus durchläuft den Graphen, beginnend an einem Startpunkt, der normalerweise einer der Endpunkte der Referenzkante ist (also
𝑢
u oder
𝑣
v).
Bestimmung der kürzesten Pfade:
Für den Startpunkt wird der kürzeste Pfad zu allen anderen Knoten im Graphen berechnet, wobei Algorithmen wie Dijkstra oder BFS verwendet werden.
Nachdem die kürzesten Pfade berechnet wurden, sucht man nach Zyklen, indem man die Referenzkante
(
𝑢
,
𝑣
)
(u,v) zum kürzesten Pfad zwischen
𝑢
u und
𝑣
v hinzufügt. Der resultierende Pfad, der durch die Referenzkante geschlossen wird, bildet einen Zyklus.
Was ist ein relevanter Zyklus ? Wozu braucht man diese ?
Ein relevanter Zyklus in der Graphentheorie und insbesondere im Kontext der Chemoinformatik ist ein Zyklus, der eine bedeutende Rolle in der Struktur oder Funktion eines Graphen spielt. Ein relevanter Zyklus ist typischerweise ein Zyklus, der nicht durch eine Kombination (lineare Abhängigkeit) anderer Zyklen im Graphen dargestellt werden kann und somit zur minimalen Zyklenbasis gehört. In der Chemie sind relevante Zyklen oft solche, die die kleinste Anzahl von Atomen enthalten, die eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft im Molekül beschreiben.
Wozu braucht man relevante Zyklen?
Strukturanalyse:
In der Chemoinformatik werden relevante Zyklen verwendet, um die zyklische Struktur von Molekülen wie aromatischen Ringen oder anderen zyklischen Verbindungen präzise zu beschreiben. Diese Zyklen sind entscheidend für die Bestimmung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Moleküls.
Was ist der Nachteil minimaler Zyklenbasen ?
Manchmal REDUNDANT und nicht immer die CHEMISCH RELEVANTESTEN ZYKLEN
Wie zerlegt man einen GRaph, der nur aus Ringen besteht in seine Einzelringe ?
DFS-basierte BCC-Erkennung: Zerlege den Graphen in seine Biconnected Components.
Kürzeste Zyklen innerhalb der BCC: Bestimme für jede BCC die kürzesten Zyklen, die keine weiteren Zyklen überlagern.
Identifikation der Einzelringe: Diese Zyklen repräsentieren die Einzelringe im Graphen.
Durch diese Methode kann ein Graph, der ausschließlich aus Ringen besteht, effektiv in seine Einzelringe zerlegt werden.
Wie bildet man einen Kompontentengraphen/Feature Tree ? Was ist da ein Knoten ?
Ein Komponentengraph oder Feature Tree wird durch die Zerlegung eines Moleküls in seine wesentlichen chemischen Komponenten (Knoten) und die Verbindungen zwischen diesen Komponenten (Kanten) gebildet. Knoten repräsentieren dabei die funktionellen Gruppen oder Baugruppen des Moleküls, während die Kanten die chemischen Bindungen zwischen diesen Gruppen darstellen. Diese Struktur ermöglicht eine effiziente und informative Darstellung von Molekülen für verschiedene Anwendungen in der Chemoinformatik.
Wie kann man Moleküle einfach vergleichen ?
ECFP FIngerprint mit Hashing und anschliessender BEstimmung des Tanimoto Koeffizienten
VErgleiche den Molekülgraphen und den Feature Tree. Was spricht gegen den Molekülgraphen ?
Ein Molekülgraph stellt ein Molekül in seiner vollständigen Atom-Bindungs-Struktur dar, wobei Atome als Knoten und Bindungen als Kanten repräsentiert werden. Dies ermöglicht eine detaillierte Analyse der chemischen Struktur, kann jedoch bei großen und komplexen Molekülen sehr unübersichtlich und rechenintensiv sein, insbesondere bei der Isomorphieprüfung und Substruktursuche. Ein Feature Tree hingegen fasst funktionelle Gruppen oder Substrukturen als Knoten zusammen und vereinfacht so die Darstellung des Moleküls. Dies erleichtert den Vergleich von Molekülen und fokussiert auf wesentliche chemische Eigenschaften, was in der Wirkstoffentwicklung oder bei der Suche nach Strukturähnlichkeiten nützlich ist. Gegen den Molekülgraphen spricht vor allem seine Komplexität und die mangelnde Abstraktion, die die Analyse erschwert.
Erkläre ECFP - Bekommt eine GRuppe immer den selben Hashkey ? Welche Dupletten behält man und wofür braucht man das BondSet ?
Wie funktionieren 3D Deskriptoren ? Was wird verglichen ?
3D-Deskriptoren charakterisieren die dreidimensionale Struktur eines Moleküls durch eine Vielzahl von geometrischen, elektronischen und funktionellen Parametern. Der Vergleich dieser Deskriptoren zwischen Molekülen ermöglicht es, ihre strukturelle Ähnlichkeit zu bewerten, insbesondere in Bezug auf potenzielle biologische Aktivität. Dieser Ansatz ist zentral im Wirkstoffdesign und in der strukturbasierten Arzneimittelentwicklung.
Definiere und erkläre Pharmakophore
Es ist eine Art “Muster” oder “Schablone”, das die essentiellen Merkmale darstellt, die ein Molekül besitzen muss, um eine bestimmte biologische Wirkung zu entfalten.
Ein Pharmakophor besteht aus einer Sammlung von funktionellen Gruppen und ihren räumlichen Beziehungen zueinander, die entscheidend für die molekulare Erkennung und Bindung an ein biologisches Ziel sind. Die wesentlichen Merkmale eines Pharmakophors können umfassen:
Wasserstoffbrücken-Donoren (HBD):
Stellen im Molekül, die als Donoren für Wasserstoffbrückenbindungen fungieren können (z.B. -OH, -NH2).
Wasserstoffbrücken-Akzeptoren (HBA):
Bereiche, die Wasserstoffbrücken von Donoren akzeptieren können (z.B. Carbonylgruppen, -O-).
Hydrophobe Bereiche:
Nicht-polare Bereiche, die in hydrophoben Interaktionen involviert sind (z.B. Alkylketten, aromatische Ringe).
Aromatische Ringe:
Bereiche, die an π-π-Wechselwirkungen beteiligt sein können.
Kationische und anionische Gruppen:
Geladene Gruppen, die ionische Wechselwirkungen eingehen können (z.B. Ammoniumionen, Carboxylate).
Raumwinkel und Abstände:
Die räumlichen Beziehungen zwischen diesen funktionellen Gruppen, wie Abstände und Winkel, sind entscheidend, um sicherzustellen, dass sie in der richtigen Position zueinander stehen, um an das Zielprotein zu binden.
Welche Distanzmasse gibt es ?
Tanimoto
Euklidische Distanz
Hamming Distanz
Erkläre die Euklidische Distanz und Hammingdistanz. Warum ist der TAnimoto Koeffizient so super ?
Erkläre DISCO im Detail
DISCO (DIStance COmparisons) ist eine Methode, die in der Chemoinformatik verwendet wird, um die dreidimensionale Struktur von Molekülen zu vergleichen, insbesondere bei der Suche nach Übereinstimmungen von Pharmakophoren in einer Datenbank. Es wird häufig verwendet, um Strukturen zu identifizieren, die ähnliche räumliche Anordnungen von funktionellen Gruppen aufweisen, auch wenn die Moleküle selbst strukturell unterschiedlich sind.
DISCO ist eine Methode, die die räumlichen Distanzen zwischen funktionellen Gruppen in Molekülen vergleicht, um ähnliche dreidimensionale Pharmakophore zu identifizieren. !!!!!!!!!!!!!!!!!
Es wird häufig in der Chemoinformatik eingesetzt, um Moleküle zu vergleichen, die eine ähnliche biologische Aktivität aufweisen könnten, auch wenn sie strukturell unterschiedlich sind. DISCO ermöglicht es, strukturelle Flexibilität zu berücksichtigen und Konformationen zu vergleichen, was es zu einem wichtigen Werkzeug im Wirkstoffdesign und im virtuellen Screening macht.
