मात्रात्मक संरचना-गतिविधि विश्लेषण (QSAR)

मात्रात्मक संरचना-गतिविधि संबंध (QSAR) विश्लेषण गुणात्मक अवलोकन को, कि संरचना गतिविधि को आकार देती है, एक गणितीय मॉडल में बदल देता है: यह आणविक संरचना के संख्यात्मक विवरणकों को मापी गई जैविक गतिविधि से संबंधित करता है, ताकि अभी तक परीक्षण न किए गए यौगिकों के लिए गतिविधि की भविष्यवाणी की जा सके। यह औषधीय रसायन विज्ञान में संरचना-गतिविधि तर्क का मात्रात्मक मूल है।

Definition

एक मात्रात्मक संरचना-गतिविधि संबंध एक गणितीय मॉडल है जो रासायनिक संरचना के संख्यात्मक विवरणकों — जैसे भौतिक रासायनिक, स्थलाकृतिक, इलेक्ट्रॉनिक, या त्रि-आयामी क्षेत्र गुण — को जैविक गतिविधि के एक मात्रात्मक माप के साथ सहसंबंधित करता है, ताकि संरचना-गतिविधि प्रवृत्तियों की व्याख्या की जा सके और अप्रयुक्त यौगिकों की गतिविधि की भविष्यवाणी की जा सके।

Scope

यह प्रविष्टि अणुओं का संख्यात्मक रूप से वर्णन करने के तर्क, भौतिक रासायनिक मापदंडों पर निर्मित शास्त्रीय हंश-प्रकार विश्लेषण, त्रि-आयामी और क्षेत्र-आधारित विधियों की ओर बदलाव, मॉडल कैसे बनाए और मान्य किए जाते हैं, और उनका उपयोग कैसे किया जाता है तथा उनकी विश्वसनीयता को क्या सीमित करता है, को शामिल करती है। यह QSAR को एक मॉडलिंग पद्धति के रूप में मानती है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन के रूप में।

Core questions

• रासायनिक संरचना को संख्यात्मक रूप से विवरणकों के रूप में कैसे दर्शाया जा सकता है?
• उन विवरणकों और गतिविधि के बीच संबंध को कैसे फिट और व्याख्या किया जाता है?
• शास्त्रीय पैरामीटर-आधारित विश्लेषण पर त्रि-आयामी और क्षेत्र-आधारित QSAR विधियां क्या जोड़ती हैं?
• एक QSAR मॉडल को कैसे मान्य किया जाता है, और विश्वसनीय भविष्यवाणी के उसके डोमेन को क्या परिभाषित करता है?

Key concepts

• आणविक विवरणक
• सजातीय श्रृंखला
• हंश विश्लेषण और प्रतिस्थापन पैरामीटर
• फ्री-विल्सन (योगात्मक समूह-योगदान) विश्लेषण
• 3D-QSAR और आणविक क्षेत्र
• आंशिक न्यूनतम वर्ग प्रतिगमन
• मॉडल सत्यापन और प्रयोज्यता डोमेन
• अति-अनुकूलन और संयोग सहसंबंध

Key theories

हंश (रैखिक मुक्त-ऊर्जा) QSAR

एक सजातीय श्रृंखला के भीतर, जैविक गतिविधि को भौतिक रासायनिक प्रतिस्थापन मापदंडों के एक रैखिक संयोजन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है — विशेष रूप से एक हाइड्रोफोबिक पद के साथ इलेक्ट्रॉनिक और स्टेरिक पद — जो रैखिक मुक्त-ऊर्जा संबंधों पर आधारित है, जिससे गतिविधि का एक व्याख्यात्मक और भविष्य कहनेवाला मॉडल मिलता है।

त्रि-आयामी क्षेत्र-आधारित QSAR (CoMFA)

तुलनात्मक आणविक क्षेत्र विश्लेषण अणुओं के एक सेट को संरेखित करता है और उनके चारों ओर ग्रिड बिंदुओं पर स्टेरिक और इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन क्षेत्रों की गणना करता है, फिर उन क्षेत्र मानों को आंशिक न्यूनतम वर्गों द्वारा गतिविधि से संबंधित करता है, त्रि-आयामी संरचना-गतिविधि जानकारी को कैप्चर करता है और उन स्थानों के मानचित्र उत्पन्न करता है जहां क्षेत्र परिवर्तन गतिविधि को प्रभावित करते हैं।

Mechanisms

QSAR प्रत्येक अणु को विवरणकों के एक सेट के रूप में एन्कोड करता है — शास्त्रीय हंश विश्लेषण में भौतिक रासायनिक पैरामीटर जैसे लिपोफिलिसिटी, इलेक्ट्रॉनिक और स्टेरिक पद; फ्री-विल्सन विश्लेषण में समूहों की उपस्थिति के लिए संकेतक चर; या, त्रि-आयामी विधियों में, संरेखित अणुओं के चारों ओर नमूना किए गए स्टेरिक और इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों के मान। एक सांख्यिकीय या मशीन-लर्निंग विधि तब इन विवरणकों और प्रशिक्षण सेट के लिए मापी गई गतिविधि के बीच संबंध को फिट करती है, जिससे एक मॉडल तैयार होता है जिसकी व्याख्या यह पहचानने के लिए की जाती है कि कौन सी संरचनात्मक विशेषताएं गतिविधि को संचालित करती हैं और नए यौगिकों के लिए गतिविधि की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग की जाती हैं। विश्वसनीय उपयोग सावधानीपूर्वक सत्यापन, भविष्य कहनेवाला प्रदर्शन का एक ईमानदार अनुमान, और मॉडल के प्रयोज्यता डोमेन — रासायनिक स्थान का वह क्षेत्र जिसे प्रशिक्षण डेटा कवर करता है — का सम्मान करने पर निर्भर करता है, क्योंकि अन्यथा मॉडल संयोग सहसंबंध को प्रतिबिंबित कर सकते हैं या उन डेटा के बाहर विफल हो सकते हैं जिन पर वे बनाए गए थे।

Clinical relevance

QSAR इस बात को रेखांकित करता है कि दवा खोज और रासायनिक सुरक्षा मूल्यांकन में उम्मीदवार अणुओं को कैसे प्राथमिकता दी जाती है और अनुकूलित किया जाता है और कुछ गुण और विषाक्तता की भविष्यवाणियां कैसे उत्पन्न की जाती हैं। यह सामग्री एक मॉडलिंग पद्धति पर शैक्षिक पृष्ठभूमि है; यह वर्णन करती है कि संरचना से गतिविधि की भविष्यवाणी कैसे की जाती है और किसी भी यौगिक के नैदानिक उपयोग के लिए मार्गदर्शन नहीं है।

Evidence & guidelines

QSAR पद्धति को उन मूलभूत पत्रों में प्रलेखित किया गया है जिन्होंने पैरामीटर-आधारित और क्षेत्र-आधारित विश्लेषण पेश किया और क्षेत्र के विकास, सत्यापन प्रथाओं और सर्वोत्तम-अभ्यास अपेक्षाओं का सर्वेक्षण करने वाली व्यापक समीक्षाओं में। ये नैदानिक अभ्यास दिशानिर्देशों के बजाय पद्धतिगत डिजाइन और मॉडलिंग सिद्धांत हैं; सत्यापन पर औपचारिक मार्गदर्शन नियामक और केमिनफॉर्मेटिक्स साहित्य में मौजूद है, लेकिन यहां केवल सिद्धांत के स्तर पर संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है।

History

मात्रात्मक SAR 1964 में शुरू हुआ जब हंश और फुजिता ने जैविक गतिविधि को रैखिक मुक्त-ऊर्जा संबंधों के माध्यम से भौतिक रासायनिक प्रतिस्थापन मापदंडों के साथ सहसंबंधित किया, जबकि फ्री-विल्सन दृष्टिकोण ने एक समानांतर योगात्मक समूह-योगदान मॉडल पेश किया। लियो और हंश द्वारा विभाजन डेटा का संकलन इस कार्य के लिए विवरणक प्रदान करता है। 1988 में क्रेमर और सहयोगियों ने तुलनात्मक आणविक क्षेत्र विश्लेषण पेश किया, QSAR को तीन आयामों तक विस्तारित किया। यह क्षेत्र बाद में कई विवरणक प्रकारों और मशीन-लर्निंग विधियों के साथ विस्तारित हुआ, और चेरकासोव और सहयोगियों के 2014 के सर्वेक्षण जैसी समीक्षाओं ने इसके विकास, सत्यापन मानकों और भविष्य की दिशाओं का जायजा लिया।

Debates

भविष्य कहनेवाला क्षमता, सत्यापन, और प्रयोज्यता डोमेन

QSAR मॉडलों को विश्वसनीय होने के लिए कितनी कठोरता से मान्य किया जाना चाहिए — जिसमें अति-अनुकूलन, संयोग सहसंबंध, और प्रशिक्षण सेट से परे बहिर्वेशन के खतरे शामिल हैं — एक लगातार चिंता का विषय रहा है, जिसमें क्षेत्र बाहरी सत्यापन और स्पष्ट प्रयोज्यता डोमेन की आवश्यकताओं पर अभिसरण कर रहा है।

Key figures

• Corwin Hansch
• Toshio Fujita
• Spencer Free
• James Wilson
• Richard Cramer
• Alexander Tropsha

Seminal works

• hansch-fujita-1964
• cramer-1988
• cherkasov-2014

Frequently asked questions

QSAR क्या है?

QSAR, या मात्रात्मक संरचना-गतिविधि संबंध, एक गणितीय मॉडल है जो एक अणु की संरचना के संख्यात्मक विवरणकों को मापी गई जैविक गतिविधि से संबंधित करता है, जिससे अप्रयुक्त यौगिकों की गतिविधि की भविष्यवाणी की जा सकती है और गतिविधि के संरचनात्मक चालकों की पहचान की जा सकती है।

शास्त्रीय QSAR और 3D-QSAR में क्या अंतर है?

शास्त्रीय QSAR (जैसे हंश विश्लेषण) गतिविधि को भौतिक रासायनिक या प्रतिस्थापकों या पूरे अणुओं के अन्य सारणीबद्ध विवरणकों से संबंधित करता है; CoMFA जैसी 3D-QSAR विधियां अणुओं को तीन आयामों में संरेखित करती हैं और उनके चारों ओर स्टेरिक और इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों के मानों का उपयोग करती हैं, स्थानिक संरचना-गतिविधि जानकारी को कैप्चर करती हैं और उन स्थानों के मानचित्र उत्पन्न करती हैं जहां परिवर्तन गतिविधि को प्रभावित करते हैं।