Calculation of dissociation constants using triangulation methods

Mgr. et Mgr. Jaroslav Oľha

Bachelor's thesis

Abstract:

Jednou z veľkých výziev súčasného chemoinformatického výskumu je zisťovanie disociačnej konštanty (pKa) molekúl. Hodnoty pKa sú veľmi zaujímavé pre rôzne odvetvia výskumu a predovšetkým pre oblasť vývoja liekov - hodnota pKa molekuly je napríklad jedným z kritérií, ktoré nám umožnia vyradiť nevhodnú molekulu zo zoznamu potenciálnych liekov. Avšak experimentálne meranie disociačnej konštanty je komplikované a výpočetné metódy pre jej získanie sú netriviálne náročné. Efektívnou alternatívou je odhad pKa pomocou hodnôt parciálnych nábojov na atómoch v molekule. To môže byť dosiahnuté s použitím rôznych matematických a informatických metód. A jedna taká metóda využívajúca Delaunayho trianguláciu bola navrhnutá a implementovaná v tejto práci. Časť práce tvorí aplikácia ukazujúca efektivitu tejto metódy, ktorá sa ukázala byť značná. Metóda bola otestovaná na niekoľkých datasetoch molekúl obsahujúcich fenoly a/alebo benzoové kyseliny a vo väčšine prípadov zaznamenala pomerne vysokú presnosť pri predikovaní ich pKa. Jej výsledky tiež boli porovnané s výsledkami metódy používajúcej lineárnu regresiu na predikciu pKa podobného datasetu.

Abstract:

One of the great challenges of present-day chemoinformatics research is prediction of dissociation constants (pKa) of molecules. The values of pKa are very interesting for various fields of research, particularly for the area of drug development - for instance, the value of a molecule’s pKa is one of the criteria that allow us to discard an unfit molecule from a list of potential drug molecules. However, the experimental measuring of pKa is difficult and computational methods for acquiring pKa are nontrivial. An efficient alternative is approximation of dissociation constant using the values of partial charges of atoms within a molecule. This can be done using various methods of computer science and mathematics. One such method - using Delaunay triangulation - has been designed and implemented in this thesis. Part of the thesis is an application demonstrating the effectiveness of this method, which has shown to be considerable. The method has been tested on several datasets of molecules containing phenols and/or benzoic acids, and in most cases it has been quite accurate at predicting their pKa. Its results have also been compared to the results of a method using linear regression over a similar dataset.

Keywords

dissociation constant, Delaunay triangulation, phenol, benzoic acid, approximation

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 5. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 20. 6. 2012
• Supervisor: doc. RNDr. Radka Svobodová Vařeková, Ph.D.
• Reader: RNDr. Ondřej Skřehota

Masaryk University

Faculty of Informatics

Bachelor programme / field:
Applied Informatics / Bioinformatics