The Use of semiempirical molecular orbital methods to solve structure-activity relationships problem

Abstract

IV BAZI YARI-AMPİRİK MOLEKÜLER ORBITAL METODLARIN YAPI-AKTİVİTE İLİŞKİSİ PROBLEMİNİN ÇÖZÜMÜNDE KULLANILMASI Şükrü Murat Cebeci Yüksek Lisans Tezi - Fizik Haziran 2003 Tez yöneticisi: Prof. Dr. Mustafa Kumru OZ Bu tezin amacı, bazı yarı-ampirik Moleküler Orbital (MO) metodlanmn, en etkili Yapı-Aktivite İlişkisi metodlarmdan biri olan Elektron Topolojik Metodunda (ETM) kullanılmasıdır. ETM'de, CNDO, MINDO, MNDO, AMI, PM3 ve PM5 gibi bazı moleküler orbital metodların çıktı dosyaları her moleküle ait Elektron Topolojik Birleşme Matrislerine (ETMC) dönüştürülür. ETM'nin amacı biyolojik olarak belirli bir aktiviteye sahip sınıfta olan fakat inaktif sınıfta olmayan özelliği bulmaktır. Bu amaç için, bütün aktif moleküller inaktif olanlar ile en aktif molekül şablon alınarak kıyaslanır. Benzer şekilde, inaktiviteden sorumlu özelliği en inaktif moleküllerden biri şablon alınarak ortaya çıkarmak mümkündür. Bu zamana kadar, CNDO çıktı dosyaları ETMClerin oluşturulmasında zaten kullanılıyordu. Bu tezde adı WinETMC olan bir bilgisayar programı yazıldı ve bu program sadece CNDO dosyalarını değil MINDO, MNDO, AMI, PM3 ve PM5 dosyalarını da kullanabilmektedir. WinETMC kompakt, görsel ve kullanıcı-dostu bir bilgisayar programıdır ve ETM için gerekli olan moleküler orbital çıktı dosyalarım okuma, veritabanı oluşturma ve ETMCleri oluşturma görevlerini yerine getirir. Daha önce bütün bu görevler için farklı bilgisayar programlan kullamlmaktaydı. Uygulama olarak, WinETMC özellikle botanikte çok önemli bir yere sahip moleküllerden Jasmonik asitler üzerinde denendi. WinETMC kullanılarak dört aktivite ve dört inaktivite özelliği ETMClerin altmatrisleri formunda ortaya çıkarılmıştır. Moleküllerin JIP-23 ve JIP-6 aktiviteleri sırasıyla %97 ve %93 doğrulukla modellenmiştir. Anahtar Kelimeler: Yapı-Aktivite İlişkisi, Yarı-ampirik Metodlar, Elektron Topolojik Metot, Jasmonik Asit

Ill THE USE OF SOME SEMIEMPIRICAL MOLECULAR ORBITAL METHODS TO SOLVE STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIPS PROBLEM Şükrü Murat Cebeci M. S. Thesis - Physics June 2003 Supervisor: Prof. Dr. Mustafa Kumru ABSTRACT The aim of this thesis is to use some semiempirical Molecular Orbital (MO) Methods in Electron Topological Method (ETM), which is being one of the most powerful Structure- Activity Relationships methods. In ETM, output file of some MO methods such as CNDO, MINDO, MNDO, AMI, PM3 and PM5 is formed into Electron Topological Matrices of Conjunction (ETMC) for each molecule in view. The goal of ETM is to reveal the feature found in the biologically active class but absent in the inactive class. For that purpose, all the active compounds in consideration are compared with the inactive ones by taking one of the most active compounds as a template. The same can be done to reveal the feature responsible for inactivity by taking one of the most inactive compounds as a template. Up to now, CNDO output files have already been used to form ETMCs. In this thesis, a computer program, WinETMC, have been written to use not only CNDO output files but also MINDO, MNDO, AMI, PM3 and PM5 files. WinETMC is a compact visual user-friendly program that realizes the required ETM tasks of reading molecular orbital output files, forming databases and forming ETMCs. So far, for each of these tasks a separate computer program has been used. As an application WinETMC is tried on jasmonic acid series, which are very important molecules especially in botany. Four activity and four inactivity features, in the form of submatrices of ETMC, have been revealed for the series under investigation by using WinETMC. JIP-23 and JJJP-6 activity of the molecules are modelled with 97% and 93% accuracy, respectively. Also a quantitative model is developed for activity levels from some physicochemical and structural parameters. Keywords: Structure- Activity Relationships, Semiempirical methods, Electron Topological Method, Jasmonic Acid