Farkas Ödön és Gáspári Zoltán Molecular Informatics lecture T.O.C.



Hasonló dokumentumok
Farkas Ödön és Gáspári Zoltán Molekuláris informatika előadás és gyakorlat. Tematika

PETER PAZMANY CATHOLIC UNIVERSITY Consortium members SEMMELWEIS UNIVERSITY, DIALOG CAMPUS PUBLISHER

Phenotype. Genotype. It is like any other experiment! What is a bioinformatics experiment? Remember the Goal. Infectious Disease Paradigm

Kurzus neve. ETR-es kód. Oktatók (laboránsok) és %- os részvételük. Státusz

Felnőttképzés Európában

Using the CW-Net in a user defined IP network

DANS és Narcis. Burmeister Erzsébet. HUNOR találkozó, Budapest március 13.

Mérnök informatikus (BSc) alapszak levelező tagozat (BIL) / BSc in Engineering Information Technology (Part Time)

1. Gyakorlat: Telepítés: Windows Server 2008 R2 Enterprise, Core, Windows 7

A modern e-learning lehetőségei a tűzoltók oktatásának fejlesztésében. Dicse Jenő üzletfejlesztési igazgató

A forrás pontos megnevezésének elmulasztása valamennyi hivatkozásban szerzői jogsértés (plágium).

Rotary District 1911 DISTRICT TÁMOGATÁS IGÉNYLŐ LAP District Grants Application Form

3. Nemzetközi talajinformációs rendszerek

Cloud computing. Cloud computing. Dr. Bakonyi Péter.

Performance Modeling of Intelligent Car Parking Systems

Bird species status and trends reporting format for the period (Annex 2)

Extreme flood events in the Lower Tisza Region The relevance of the excess water

KÉPI INFORMÁCIÓK KEZELHETŐSÉGE. Forczek Erzsébet SZTE ÁOK Orvosi Informatikai Intézet. Összefoglaló

A cell-based screening system for RNA Polymerase I inhibitors

Cloud computing Dr. Bakonyi Péter.

OLYMPICS! SUMMER CAMP

Diagnosztikai szemléletű talajtérképek szerkesztése korrelált talajtani adatrendszerek alapján

CancerGrid - Grid alkalmazása rákellenes hatóanyagok keresésének felgyorsítására

SZOFTVEREK A SORBANÁLLÁSI ELMÉLET OKTATÁSÁBAN

2. Local communities involved in landscape architecture in Óbuda

Széchenyi István Egyetem

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar

Irányítási struktúrák összehasonlító vizsgálata. Tóth László Richárd. Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Anyagtudományok Doktori Iskola

TÉRGAZDÁLKODÁS - A TÉR MINT VÉGES KÖZÖSSÉGI ERŐFORRÁS INGATLAN NYILVÁNTARTÁS - KÜLFÖLDI PÉLDÁK H.NAGY RÓBERT, HUNAGI

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK ANGOL NYELVEN

Professional competence, autonomy and their effects

Construction of a cube given with its centre and a sideline

Hasznos és kártevő rovarok monitorozása innovatív szenzorokkal (LIFE13 ENV/HU/001092)

(A képzés közös része, specializációra lépés feltétele: az egyik szigorlat eredményes teljesítése)

Tájékoztató azon kérelmezési eljárásokról, melyek az elméleti, gyakorlati és szakszolgálati engedélyezésre vonatkoznak

FÖLDRAJZ ANGOL NYELVEN

On The Number Of Slim Semimodular Lattices

2/1 ARTUR SZERVÍZ Kereskedelmi és Szolgáltató Korlátolt Felelősségű Társaság

Utasítások. Üzembe helyezés

Bioinformatics: Blending. Biology and Computer Science

Eladni könnyedén? Oracle Sales Cloud. Horváth Tünde Principal Sales Consultant március 23.

1. Katona János publikációs jegyzéke

A Magyar Honvédség hírrendszerének továbbfejlesztése

ACTA CAROLUS ROBERTUS

A TISZA FOLYÓ MODELLEZÉSE EGYDIMENZIÓS HIDRODINAMIKAI MODELLEL. TISZA-VÖLGYI MŰHELY alapító konferencia

Energetika az építész kezében

BKI13ATEX0030/1 EK-Típus Vizsgálati Tanúsítvány/ EC-Type Examination Certificate 1. kiegészítés / Amendment 1 MSZ EN :2014

ENROLLMENT FORM / BEIRATKOZÁSI ADATLAP

1. Ismerkedés a Hyper-V-vel, virtuális gépek telepítése és konfigurálása

STUDENT LOGBOOK. 1 week general practice course for the 6 th year medical students SEMMELWEIS EGYETEM. Name of the student:

Abigail Norfleet James, Ph.D.

Mapping Sequencing Reads to a Reference Genome

20 éves a Térinformatika Tanszék

Intelligens közlekedés: a járműipar és járműirányítás IKT igényei, a VehicleICT projekt. Lengyel László lengyel@aut.bme.hu

A templát reakciók. Template Reactions

Mérnök informatikus (BSc) alapszak levelező tagozat (BIL) / BSc in Engineering Information Technology (Part Time)

Tárgy neve Tantárgyfelelős Nyelv Kreditpont Előtanulmány Ekvivalens Szint. Dr. Pere Balázs angol 4 NGM_AM002_1 MSc. német 4 NGM_AM004_1 MSc

Illékony szerves vegyületek emissziójának csökkentése. Székely Edit

A PR múltja, jelene, jövője

EN United in diversity EN A8-0206/419. Amendment

Pályázati felhívás és tájékoztató

SZAKMAI BESZÁMOLÓ EVK SZAKKOLLÉGIUM. BESZÁMOLÓ: A 2014/2015 A Pallas Athéné Domus Scientiae Alapítvány pályázatára 2014/2015-ÖS TANÉV

ALTINBAŞ ÜNİVERSİTESİ BAHAR DÖNEMİ DERS PROGRAMI / SPRING SEMESTER SCHEDULE

1. Ábra Az n-paraffinok olvadáspontja és forráspontja közötti összefüggés

KIEGÉSZÍTŽ FELADATOK. Készlet Bud. Kap. Pápa Sopr. Veszp. Kecsk Pécs Szomb Igény

Eredeti gyógyszerkutatás. ELTE TTK vegyészhallgatók számára Dr Arányi Péter 2009 március, 4.ea. Szerkezet optimalizálás (I.)

Airport City Logistic Park Budapest. One step from the Airport

A Raman spektroszkópia alkalmazása fémipari kutatásokban Raman spectroscopy in metallurgical research Dénes Éva, Koós Gáborné, Kőszegi Szilvia

Mérnök informatikus MSc levelező tagozat tanterve

Az Ipoly árvízi előrejelző rendszer

Goodman Üllő Airport Logistics Centre. 110,000 m 2 development opportunity near Budapest airport. designed for growth+

Gépészmérnöki alapszak (BSc) levelező tagozat (BGL) / BSc in Mechanical Engineering (Part Time)

Félmerev és flexibilis molekulák rezgési-forgási állapotainak kvantumkémiai számítása és jellemzése

ANGOL NYELV KÖZÉPSZINT SZÓBELI VIZSGA I. VIZSGÁZTATÓI PÉLDÁNY

NYOMÁSOS ÖNTÉS KÖZBEN ÉBREDŐ NYOMÁSVISZONYOK MÉRÉTECHNOLÓGIAI TERVEZÉSE DEVELOPMENT OF CAVITY PRESSURE MEASUREMENT FOR HIGH PRESURE DIE CASTING

Climate action, environment, resource efficiency and raw materials

Felújítás Épületgépészet

Bevezetés a kvantum-informatikába és kommunikációba 2015/2016 tavasz

Drótposta: ; ; Honlapom:

ÚJ ESZKÖZÖK A TÁJÖKOLÓGIAI ELVÛ TERVEZÉSBEN: TÁJÖKOLÓGIAI VIZUÁLIS PLANTÁCIÓ (TVP)

Cluster Analysis. Potyó László

Computer Architecture

Hogyan használja az OROS online pótalkatrész jegyzéket?

7 th Iron Smelting Symposium 2010, Holland

UNIVERSITY OF PUBLIC SERVICE Doctoral School of Military Sciences. AUTHOR S SUMMARY (Thesis) Balázs Laufer

Correlation & Linear Regression in SPSS

KELER KSZF Zrt. bankgarancia-befogadási kondíciói. Hatályos: július 8.

Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális

DECLARATION OF PERFORMANCE CPR-20-IC-040

Baldwin St S Ashburn Rd Baldwin St N Anderson St Thickson Rd N Exhibit 'A' to Amendment to the Whitby Official Plan Exhibit 1 Deferral #2 Modification

Yacht Irodaház 1118 Budapest, Budaörsi út 75.

Galileo Signal Priority A new approach to TSP

A jövőbeli hatások vizsgálatához felhasznált klímamodell-adatok Climate model data used for future impact studies Szépszó Gabriella

MULTI-ÁGENS SZIMULÁCIÓK

OTKA nyilvántartási szám: T ZÁRÓJELENTÉS

Résbefúvó anemosztátok méréses vizsgálata érintõleges légvezetési rendszer alkalmazása esetén

SZÁMATÓGÉPES TERVEZÉS COMPUTER AIDED DESIGN

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

Color profile: Disabled Composite Default screen

Szakértők és emberek. German Health Team Prof. Armin Nassehi Dr. Demszky Alma LMU München

Átírás:

Farkas Ödön és Gáspári Zoltán Molecular Informatics lecture T.O.. 1., istory; Representation of molecules I. 2. Representation of molecules II. 3. Representation of molecules and their reactions 4. Databases in hemistry I. 5. Databases in hemistry II. Search in databases 6. Modeling I. 7. Modeling, docking II. 8. Data management 9. Structure/activity relationship 10. Drug discovery 1

Farkas Ödön és Gáspári Zoltán Molecular Informatics gyakorlat Tematika 1. Data available on the internet, databases; Representation, file formats 2. Programing environment for chemical informatics 3. Modeling in practice 4. Data mining, building and validating models 2

Experimental hemistry Molecular Informatics Location Preparative hemistry Spectroscopy Structure determination Separation Reaction kinetics Biochemistry Drug design, etc. h e m i c a l i n f o r m a t I c s omputational, theoretical chemistry Theory Quantum hrmistry Theoretical structural studies Molecular modeling, etc. Optimization algorithm for molecular mechanics - Newton-Raphson step The basis of the most commonly used quasi-newton related optimization methods is the Newton-Raphson step. It has the following form with the projected MM essian: q x t qfq B B t t B B fq B B B f MM MM x t t S B MMB fx PTR B MMB fx We need a bit complicated way for calculating the established force change related to the actual internal coordinate step ( q ): t t S t B MMB B B B q f x 3

Molecular Informatics Locating Quantum chemistry, computational chemistry hemistry Quantum mechanics Biology Kémiai informatika Bioinformatics 4

Molecular informatics Why molecular? Number of known compunds Organic 1900 80 000 Inorganic 1937 470 000 30 000 1970 2000 3 000 000 ~15 000 000 50 000 2007 ~50 000 000? The number of possible carbon containing compunds with separate identities is practically infinit, most of molecular chemistry is under the umbrella of organic chemistry.? 5

Locating molecular chemistry in terms of temperature T ( K ) 1 5 0 0 0 0 0 0 The core of Sun 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Molekuláris kémia The surface of Sun The core of Earth The surface of Earth Space 0 6

Molecular chemistry Athe cause of variability: extremly complicated potential energy surface Transitional states Stable structures 7

Insight into the history of organic chemistry Idő Személy Anyagismeret Reakciók, technikák Elmélet 1661-80 ~1790 1803-08 Boyle Lavoisier Dalton korpuszkula-elmélet kémiai elem atom hipotézis 1824 1830 Liebig Wöhler Berzelius ezüst-cianát ezüst-fulmiát izomeria azonos összegképlet, különböző kapcsolódási sorrend 1832 1838 Liebig, Wöhler Dumas benzaldehid átalakítása szubsztitúciós reakciók dualista gyökelmélet dualista gyökelmélet 1848 Pasteur optikailag tiszta borkősav enantiomerek elválasztása optikai aktivitás oka a molekuláris disszimetria 1853 1854 Gerhardt, Laurent Frankland típuselmélet vegyértékfogalom 1858-65 1865 1874, ouper, Butlerov van t off, Le Bel benzol szerkezete képletírás, struktúratan, szerkezeti képlet tetraéderes vegyértékek, sztereokémia 8

Insight into the history of organic chemistry Idő Személy Anyagismeret Reakciók, technikák Elmélet 1661-80 ~1790 1803-08 1824 1830 1832 1838 1848 1853 1854 1858-65 1865 1874 Boyle Lavoisier Dalton Liebig Wöhler Berzelius Liebig, Wöhler Dumas Pasteur Gerhardt, Laurent Frankland, ouper, Butlerov van t off, Le Bel ezüst-cianát ezüst-fulmiát izomeria hidrogén optikailag tiszta borkősav benzol szerkezete Type theory l sósav : benzaldehid átalakítása szubsztitúciós reakciók enantiomerek elválasztása metán O víz N ammónia korpuszkula-elmélet kémiai elem atom hipotézis azonos összegképlet, különböző kapcsolódási sorrend dualista gyökelmélet dualista gyökelmélet optikai aktivitás oka a molekuláris disszimetria típuselmélet vegyértékfogalom képletírás, struktúratan, szerkezeti képlet tetraéderes vegyértékek, sztereokémia 9

Insight into the history of organic chemistry Idő Személy Anyagismeret Reakciók, technikák Elmélet 1661-80 ~1790 1803-08 1824 1830 1832 1838 1848 1853 1854 1858-65 1865 1874 Boyle Lavoisier Dalton Liebig Wöhler Berzelius Liebig, Wöhler Dumas Pasteur Gerhardt, Laurent Frankland, ouper, Butlerov van t off, Le Bel O 2 ezüst-cianát ezüst-fulmiát izomeria 3 ouper benzol szerkezete Formula writing benzaldehid átalakítása szubsztitúciós reakciók korpuszkula-elmélet kémiai elem atom hipotézis azonos összegképlet, különböző kapcsolódási sorrend dualista gyökelmélet dualista gyökelmélet The changes of the structural formula of the ethanol optikailag tiszta enantiomerek elválasztása borkősav with chemical formula 2 6 O 3 2 O Butlerov optikai aktivitás oka a molekuláris disszimetria típuselmélet O 1870-től vegyértékfogalom képletírás, struktúratan, szerkezeti képlet tetraéderes vegyértékek, sztereokémia 10

Insight into the history of organic chemistry Idő Személy Anyagismeret Reakciók, technikák Elmélet Which one is correct? 1661-80 ~1790 1803-08 1824 1830 1832 1838 1848 1853 1854 1858-65 1865 1874 Boyle Lavoisier Dalton Liebig Wöhler Berzelius Liebig, Wöhler Dumas Pasteur Gerhardt, Laurent Frankland, ouper, Butlerov van t off, Le Bel s dream: the structure of benzene ezüst-cianát ezüst-fulmiát izomeria optikailag tiszta borkősav benzol szerkezete benzaldehid átalakítása szubsztitúciós reakciók enantiomerek elválasztása Structural formulas for benzene, 6 6 Melyik az igazi? korpuszkula-elmélet kémiai elem atom hipotézis azonos összegképlet, különböző kapcsolódási sorrend dualista gyökelmélet dualista gyökelmélet optikai aktivitás oka a molekuláris disszimetria típuselmélet vegyértékfogalom képletírás, struktúratan, szerkezeti képlet tetraéderes vegyértékek, sztereokémia 11

Insight into the history of organic chemistry Idő Személy Anyagismeret Reakciók, technikák Elmélet 1661-80 ~1790 1803-08 1824 1830 1832 1838 1848 1853 1854 1858-65 1865 1874 Boyle Lavoisier Dalton Liebig Wöhler Berzelius Liebig, Wöhler Dumas Pasteur Gerhardt, Laurent Frankland metán, ouper, Butlerov methane van t off, Le Bel ezüst-cianát ezüst-fulmiát izomeria optikailag tiszta borkősav R benzol szerkezete Stereochemistry Q Y X benzaldehid átalakítása szubsztitúciós reakciók enantiomerek elválasztása Y X Q enantiomer pár enatiomeric pair R korpuszkula-elmélet kémiai elem atom hipotézis azonos összegképlet, különböző kapcsolódási sorrend dualista gyökelmélet dualista gyökelmélet optikai aktivitás oka a molekuláris disszimetria típuselmélet R Q X Y vegyértékfogalom képletírás, struktúratan, szerkezeti képlet tetraéderes vegyértékek, sztereokémia 12

Insight into the history of organic chemistry Idő Személy Anyagismeret Reakciók, technikák Elmélet 1661-80 ~1790 1803-08 1824 1830 1832 1838 1848 1853 1854 1858-65 1865 1874 Boyle Lavoisier Dalton Liebig Wöhler Berzelius Liebig, Wöhler Dumas Pasteur Gerhardt, Laurent Frankland, ouper, Butlerov van t off, Le Bel ezüst-cianát ezüst-fulmiát izomeria optikailag tiszta borkősav benzol szerkezete Stereochemistry benzaldehid átalakítása szubsztitúciós reakciók enantiomerek elválasztása eptahelicene, conformational enantiomers korpuszkula-elmélet kémiai elem atom hipotézis azonos összegképlet, különböző kapcsolódási sorrend dualista gyökelmélet dualista gyökelmélet optikai aktivitás oka a molekuláris disszimetria típuselmélet vegyértékfogalom képletírás, struktúratan, szerkezeti képlet tetraéderes vegyértékek, sztereokémia 13

Insight into the history of organic Tautomerization chemistry Idő Személy onstitutional Anyagismeret isomerism based Reakciók, on the placement technikák of ydrogens Elmélet 1661-80 ~1790 1803-08 1824 1830 1832 1838 1848 1853 1854 1858-65 1865 1874 Boyle Lavoisier Dalton Liebig Wöhler Berzelius Liebig, Wöhler Dumas Pasteur Gerhardt, Laurent Frankland, ouper, Butlerov van t off, Le Bel ezüst-cianát ezüst-fulmiát izomeria more stable optikailag tiszta borkősav benzol szerkezete benzaldehid átalakítása szubsztitúciós reakciók enantiomerek elválasztása More stable korpuszkula-elmélet kémiai elem atom hipotézis azonos összegképlet, különböző kapcsolódási sorrend dualista gyökelmélet dualista gyökelmélet optikai aktivitás oka a molekuláris disszimetria típuselmélet vegyértékfogalom képletírás, struktúratan, szerkezeti képlet tetraéderes vegyértékek, sztereokémia Dynamic equilibrium of constitutional izomers (like keto enol tautomerism): 14

What is the molecule ow to visualize? - X-ray eyes: Methane Ammonia Water - Eyes of the chemist: 15

What is this molecule? Ethanol 16

Molecular informatics Ways of treating problems 1. The theoretical foundation of molecular chemistry is quantum mechanics but the direct use of quantum mechanics for solving real-life chemical problems is usually not practical. owever, quantum chemistry and molecular modeling with the use of approximations can expand the limits of theoretical treatment of chemical problems. (deductive approach) 2. hemical systems, problems are not easy to be trated via the tools of informatics. urrently, the most efficent way is using analogies instead of building theories. owever, this needs the collection, storage and management of a huge amount data. (inductive approach) 17

Molecular informatics hallenges The primary task for a chemist is to synthesize compounds with the required properties. property structure structure-, activity, property relationship (Q)SAR, (Q)SPR structure reactants reaction design synthesis product structure determination 18

Molecular informatics istory Structural databases The National Bureau of Standards develops a method for finding matching molecular structures based on a substructure (substructure search). NSF supports hemical Abstracts Service (AS) from 1960 to work out methods for storing, managing data related to chemical structures and information. ompanies in the chemical and drug industry starts up their own databases. Structure-activity relationships ammet and Taft (1950s), ansh (1964-), Free-Wilson (1964). The primary goal is to predict biological activities. Drug industry Molecular modeling End of 1960s: visualization of 3D structures on display, the first molecular mechanics forcefields appear. Structure determination 1964- Stanford, DENDREL project for mass spectorscopy. Reaction design 1967 reaction database, University of Sheffield 1969- computer aided reaction design, arvard University 19

Molecular informatics Some locally accessible computer program hemaxon (http://www.chemaxon.com), independent of operating system MarvinSketch Drawing molecules omputations are through plugins MarvinView Display molecules MarvinSpace Display structure, biomolecular applications Jhem / Instant Jhem Database management for chamical structures, reactions Reaction design ambridgesoft hemoffice, Windows applications Integrated chemical informatics applications Gaussian Quantum chemical program package 20