PyMOL使用入門

1、PyMOL使用入門生物大分子三維結(jié)構(gòu)顯示技術(shù)講義PyMOL使用入門耿存亮gengcunliang2012年10月09日1. PyMOL簡(jiǎn)介PyMOL是一款生物大分子三維結(jié)構(gòu)顯示軟件，其中“Py”是指此軟件使用Python語(yǔ)言編寫，“MOL”是指Molecule。 PyMOL官網(wǎng)是http:/www.PyMOL.org/，發(fā)展歷史和軟件更新動(dòng)態(tài)可在此查詢。PyMOL的學(xué)習(xí)網(wǎng)站是http:/www.PyMOL/index.php/Main_Page，若想用好PyMOL，此網(wǎng)站是必上網(wǎng)站，其實(shí)這一個(gè)也就夠了。2. PyMOL入門2.1 模式顯示及顏色顯示PyMOL既可以鼠標(biāo)操作也可以

2、命令操作，但是命令操作可以完成許多鼠標(biāo)難以完成的任務(wù)。下面就以實(shí)例來(lái)認(rèn)識(shí)一下PyMOL。打開(kāi)PyMOL軟件后，首先要特別注意的是當(dāng)前工作路徑。在命令框輸入命令并回車pwd即可顯示當(dāng)前工作路徑，默認(rèn)路徑是PyMOL的安裝路徑。一般不把文件保存在安裝路徑下，所以需修改當(dāng)前工作路徑，而且路徑不能有漢字，比如改為D盤，輸入命令并回車cd d: 再用pwd命令查看一下當(dāng)前工作路徑。如下圖所示：pwd: print working direction cd: change direction命令很方便很簡(jiǎn)單很神奇吧O(_)O其次要注意的是保證鼠標(biāo)是三鍵式的，滾輪可用作中鍵。如果像蘋果機(jī)一樣只有一個(gè)按鍵或沒(méi)

3、有中鍵的話，還是趕緊換個(gè)鼠標(biāo)吧。好了，現(xiàn)在下載一個(gè)PDB文件，如何下載呢？當(dāng)然可以去PDB網(wǎng)站/pdb/home/home.do下載，但是打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)多麻煩啊，如果能用PyMOL直接下載該多好啊，那就試一試fetch命令吧！下載纖維素外切酶CBHI和纖維素糖鏈的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，PDB號(hào)是7cel，輸入命令fetch 7cel稍等片刻，就會(huì)下載完畢并顯示如下：剛才說(shuō)到三鍵式鼠標(biāo)，那么三個(gè)鍵都有什么用呢？按住左鍵滑動(dòng)會(huì)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)（rotate），按住中鍵滑動(dòng)會(huì)移動(dòng)結(jié)構(gòu)（move），按住右鍵滑動(dòng)會(huì)縮放結(jié)構(gòu)（move zoom）。這個(gè)不用記，多按幾下就熟了，實(shí)在忘了在右下

4、角有提示的，如下圖下載打開(kāi)7cel 的pdb文件后，在all小框下面會(huì)出現(xiàn)7cel小框，后面還跟著幾個(gè)按鍵ASHLC，這幾個(gè)按鍵后面會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)介紹。先左鍵點(diǎn)擊一下7cel小框，會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)消失了，被點(diǎn)擊的小框也變暗了，這就是隱藏功能，再點(diǎn)擊一下就會(huì)恢復(fù)，如下圖所示7cel小框 看到恢復(fù)后的結(jié)構(gòu)你一定感到一團(tuán)糟吧，這都神馬呀！上過(guò)王祿山老師的課后，應(yīng)該清楚PDB文件就是具有一定格式的文本文檔，里面記錄著每個(gè)原子的三維坐標(biāo)值，不信的話可用記事本打開(kāi)PDB文件看一看。PyMOL所謂的結(jié)構(gòu)顯示就是讀取每個(gè)原子的三維坐標(biāo)，然后用一個(gè)點(diǎn)（球）來(lái)顯示出來(lái)，原子之間的化學(xué)鍵用線表示。當(dāng)然還可以用其他模式的顯示，比

5、如大家很熟悉的螺旋飄帶模型，在PyMOL中叫cartoon模式，輸入命令并回車as cartoon看著熟悉的螺旋和折疊，是不是感覺(jué)清爽多了？剛才的操作也可用鼠標(biāo)完成，如下圖所示點(diǎn)擊7cel小框中的S按鍵，然后再點(diǎn)擊cartoon或者lines、sticks、ribbon等等。假如點(diǎn)擊了lines，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一團(tuán)糟的結(jié)構(gòu)又回來(lái)了，而cartoon模式?jīng)]有消失。是的，這就是show和as的不同，show是指顯示一種或多種模式，而as是指只顯示為一種模式。as該點(diǎn)擊哪里呢？仔細(xì)看一下上圖就明了了。同時(shí)你也可能明白了S按鍵是Show的意思。命令顯示多種模式show linesshow stickssho

6、w ribbon怎么隱藏不想顯示的模式呢？ H按鍵就能辦到，H是Hide的意思。點(diǎn)擊H中的相應(yīng)模式，就能使其隱藏。當(dāng)然了命令也能辦到，比如隱藏lines模式hide lines好了，現(xiàn)在輸入as cartoon只顯示cartoon模式，蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)顯示地很清楚，二級(jí)結(jié)構(gòu)中的螺旋、折疊和無(wú)規(guī)則卷曲也很清楚地顯示了。 咦？怎么蛋白是綠色的？難道蛋白真的是綠色的嗎？蛋白到底是什么顏色我不清楚，這里顯示的顏色是軟件設(shè)置的默認(rèn)顏色，既然是軟件設(shè)置，那么當(dāng)然可以改成其他顏色。這就要用到C按鍵，C是Color的意思。點(diǎn)擊C按鍵你會(huì)看到下圖所示的工具框，其中by element指按元素類型著色，by cha

7、in按肽鏈著色，by ss按二級(jí)結(jié)構(gòu)著色（secondary structure），spectrum是指漸變色，還有red、green等等各種顏色。點(diǎn)擊一下by ss，你會(huì)發(fā)現(xiàn)螺旋、折疊和無(wú)規(guī)則卷曲顯示成了不同的顏色，這樣顯示整個(gè)結(jié)構(gòu)是不是更清楚了。 那么怎么用命令實(shí)現(xiàn)著色呢？比如整個(gè)蛋白顯示綠色，命令是color green對(duì)螺旋、折疊和無(wú)規(guī)則卷曲著不同的顏色怎么實(shí)現(xiàn)呢？比如螺旋（helix）顯示紅色，折疊（sheet）顯示綠色，無(wú)規(guī)則卷曲（loop）顯示藍(lán)色，命令是color red,ss hcolor green,ss scolor blue,ss l+想必你猜出來(lái) ss h，ss s的

8、意思了，其實(shí)就是選擇二級(jí)結(jié)構(gòu)-helix或-sheet，那么ss l+” (這里單引號(hào)和雙引號(hào)都行)為什么還要寫 +” 呢？ 因?yàn)槎?jí)結(jié)構(gòu)的分類不僅僅只有這三種，PyMOL為了簡(jiǎn)化，就把不是-helix和-sheet的結(jié)構(gòu)全部歸為loop和其他無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)了，所以這里得用 l+” 表示。文獻(xiàn)上的結(jié)構(gòu)圖一般都是白色背景，怎么設(shè)置背景顏色呢？ 命令是bg_color white也可以改成其他顏色，但是發(fā)文章默認(rèn)都是白色背景，在電腦上看一般是黑色背景，這樣設(shè)置是有道理的，喜歡探究的同學(xué)可以查一下印刷和屏幕的顏色顯示原理。學(xué)到此，先復(fù)習(xí)一下，溫故而知新模式顯示或隱藏as cartoon（lines、st

9、icks、ribbon、surface、spheres、mesh等等）show cartoonhide cartoon顏色設(shè)置color redcolor blue,ss s背景顏色設(shè)置bg_color white2.2 選擇命令如果只想選一個(gè)原子或一個(gè)殘基或一段結(jié)構(gòu)，然后突出顯示，這該怎么辦呢？這個(gè)問(wèn)題很關(guān)鍵，這涉及到PyMOL中很重要的選擇命令。比如選擇7cel中的一個(gè)催化殘基212位的谷氨酸GLU，命令如下select geng,resi 212Select是選擇命令，后面緊跟一個(gè)名字geng，就是給所選擇的殘基起個(gè)名字，這個(gè)隨便起，然后resi 212是指殘基號(hào)為212的殘基，resi

10、是residue id的縮寫。輸入命令并回車后，結(jié)構(gòu)上會(huì)顯示出一些粉紅色的點(diǎn)，7cel框下面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)geng框。但是你還是沒(méi)看到212GLU的樣子，怎么辦呢？點(diǎn)擊geng框后S按鍵中的sticks，212GLU殘基就會(huì)顯示出sticks模式，再點(diǎn)擊C按鍵中的oranges改為桔色，如下圖。這一切也可用命令實(shí)現(xiàn) show sticks,gengcolor orange,geng 看出來(lái)給所選殘基起名字的好處了吧，這樣就可以在命令中指定對(duì)誰(shuí)操作，如果什么都不指定那就是對(duì)所有原子進(jìn)行操作，也就是上一節(jié)學(xué)的對(duì)整個(gè)蛋白改模式改顏色。剛才選擇了212GLU，如何突出顯示并標(biāo)記出來(lái)呢？點(diǎn)擊geng小框L按

11、鍵中的residues，這樣就對(duì)212GLU加上了標(biāo)簽，L就是Label的意思。然后輸入命令zoom geng 這樣就突出顯示212GLU殘基了，如圖點(diǎn)擊上圖右下角的S按鍵，S指sequence，點(diǎn)擊后會(huì)顯示出蛋白序列。剛才選擇殘基是用命令實(shí)現(xiàn)的，也可以用鼠標(biāo)左鍵在蛋白結(jié)構(gòu)或蛋白序列上點(diǎn)擊，點(diǎn)擊中的殘基就會(huì)被選中并起名為sele，然后使用A按鍵中的rename selection修改名稱即可，你會(huì)發(fā)現(xiàn)被點(diǎn)中的殘基都會(huì)顯示出粉紅色的小點(diǎn)。可是到目前為止，所選擇的最小單位都是殘基，如果只想選擇一個(gè)原子或者一條肽鏈，怎么做？鼠標(biāo)操作的話，首先要修改選擇的單位，仔細(xì)看一下右下角是不是有 Selecti

12、ng Residues，點(diǎn)擊Resdiues，看看都有什么。如果想選擇單個(gè)原子，那么點(diǎn)擊到顯示Atoms的時(shí)候停下來(lái)，如圖 然后再在結(jié)構(gòu)上點(diǎn)擊某個(gè)原子，就選中它了。此時(shí)不能在序列上點(diǎn)擊了，因?yàn)樾蛄兄挥袣埢麤](méi)有原子名。舉一反三，你也可以選擇一個(gè)分子、一條鏈、一個(gè)C原子等等。用命令怎么實(shí)現(xiàn)自由選擇呢？除了能夠根據(jù)殘基號(hào)resi進(jìn)行選擇，還應(yīng)該有其他的吧？是的，這東西叫屬性選擇符，列表如下屬性選擇符縮略形式標(biāo)識(shí)符和舉例symbole.Chemical-symbol-list單字母或雙字母的化學(xué)元素符號(hào)PyMOL>select polar,symbol o+nnamen.Atom-name-l

13、ist蛋白和核酸中至多4字母的原子符號(hào)PyMOL>select carbons,name ca+cb+cgresnr.Residue-name-list3字母的氨基酸符號(hào)PyMOL>select aas,resn asp+glu+asn+gln或至多2字母的核苷酸符號(hào)PyMOL>select bases,resn a+gresii.Residue-identifier-list至多4位數(shù)的殘基號(hào)PyMOL>select boy,resi 1+10+100+1000Residue-identifier-rangePyMOL>select boy,resi 1-10a

14、ltaltAlternate-conformation-identifier-list單字母PyMOL>select altconf,alt a+chainc.Chain-identifier-list單字母或有時(shí)是數(shù)字PyMOL>select 007,chain asegis.Segment-identifier-list至多4字母PyMOL>select ligand,segi ligflagf.Flag-number從0到31的單整數(shù)PyMOL>select f1,flag 0numeric_typent.Type-number單整數(shù)PyMOL>select

15、 f1,nt. 5text_typett.Type-string至多4字母PyMOL>select subset,text_type HA+HCididExternal-index-number單整數(shù)PyMOL>select idno,id 23indexidx.Internal-index-number 單整數(shù)PyMOL>select intid,index 11ssssSecondary-structure-type單字母PyMOL>select allstrs,ss h+s+l+學(xué)到此，先復(fù)習(xí)一下，溫故而知新嘛選擇操作select geng,resi 212sel

16、ect geng,resn glu 選擇所有g(shù)lu殘基并起名為gengselect geng,name c+n+o 選擇所有c、n、o原子并起名為gengselect geng,chain a 選擇a鏈并起名為geng突出顯示zoom resi 212 突出顯示212號(hào)殘基2.3 布爾算符和標(biāo)簽命令中學(xué)時(shí)學(xué)過(guò)布爾算符and/or/not，在PyMOL的選擇命令中布爾算符非常有用。比如選擇7cel中212GLU殘基的C原子，怎么選？select geng,resi 212 和select geng,name ca兩個(gè)命令顯然不行，因?yàn)樗鼈兎謩e對(duì)212殘基的所有原子以及蛋白的所有C原子進(jìn)行了選擇，

17、而不只是212GLU的C原子?？梢赃@樣做select geng,resi 212 and name ca那么如何選擇212和214號(hào)殘基的所有原子呢？select geng,resi 212 or resi 214選擇除200-400號(hào)殘基外的所有殘基select geng,not resi 200-400color white,geng 顯示一下被選中的殘基選擇212和214號(hào)殘基的非C原子select geng,resi 212+214 and not name cahide allshow sticks,genglabel geng,name看一看是不是沒(méi)有顯示C原子的標(biāo)簽。上一節(jié)做標(biāo)簽

18、是使用鼠標(biāo)操作的，這里用label命令完成，想隱藏標(biāo)簽直接輸入label回車即可。如果想知道如何用命令做其他標(biāo)簽，比如殘基名殘基號(hào)，甚至自己起的名字，可以輸入help label然后你能看到下圖所示的幫助信息了。其他命令的幫助信息也可通過(guò)同樣的方式獲得，比如help color、 help select、help show等等。到此為止，基本操作就算學(xué)完了，已經(jīng)學(xué)過(guò)了如何選擇如何顯示各種模式如何著色如何做標(biāo)簽，一副精美而有科學(xué)意義的圖片是由基本命令組合使用完成的，這一點(diǎn)只能多用多練。2.4 Object和selectionPyMOL中還有一點(diǎn)非常重要但是解釋起來(lái)挺麻煩，我試著闡述一下。最初下載

19、7cel生成一個(gè)7cel小框，后來(lái)做選擇時(shí)也生成了一個(gè)geng小框，這兩者有區(qū)別嗎？可以點(diǎn)擊一下A按鍵，看看兩者顯示的工具框是否不一樣，如下圖所示 PyMOL中管7cel叫Object，而所做的選擇叫selection。兩者什么區(qū)別呢？Object是實(shí)實(shí)在在的物體或東西，而selection是一種虛指。Object刪除后，selection也就消失了；而selection刪除后被選擇的原子不會(huì)從蛋白中消失，對(duì)object沒(méi)有任何影響，所刪除的只是一個(gè)指代名稱而已。管他object還是selection，這對(duì)顯示有什么影響呢？很有影響，在一些操作中，這兩個(gè)概念區(qū)分不開(kāi)，常常達(dá)不到需要的效果。下面

20、咱們就做幾張精美圖片，組合運(yùn)用一下基本操作，練練手。2.5 實(shí)例操練上面三張圖展示的是噬菌體的一種阻遏蛋白和DNA結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)，這個(gè)阻遏蛋白結(jié)合到DNA后可阻止DNA的表達(dá)，PDB號(hào)是3cro。下面一步步解釋操作過(guò)程刪除7cel結(jié)構(gòu)或所有結(jié)構(gòu)delete 7cel delete all下載PDB 3crofetch 3cro調(diào)整蛋白的姿勢(shì)orient點(diǎn)擊S按鍵查看序列中有幾條鏈，或者點(diǎn)擊L按鍵中的Chains使其顯示出來(lái)，由圖可知DNA有A和B兩條鏈，還有兩個(gè)蛋白分別為L(zhǎng)鏈和R鏈。隱藏label直接輸入Label即可。分別選擇DNA和兩個(gè)蛋白，并命名為dna,prol,prorselect

21、dna,chain a or chain bselect prol,chain lselect pror,chain r隱藏所有顯示模式hide all設(shè)置dna的顯示模式為sticks，設(shè)置DNA中的P原子為spheres和cartoon模式。show sticks,dnashow cartoon,name pshow spheres,name p設(shè)置兩個(gè)蛋白為cartoon模式show cartoon,prol or pror改變兩個(gè)蛋白的顯示顏色color red,prolcolor yellow,pror改變背景顏色為白色bg_color white此時(shí)是不是已經(jīng)基本顯示出下圖的效果了

22、？ 但好像還有點(diǎn)粗糙。另外，怎么把做好的圖保存下來(lái)??？難道要用截圖工具截圖嗎？結(jié)構(gòu)打光并保存圖片ray png 001打光命令ray就像在照相館照相時(shí)需要專門的燈光設(shè)備，這里ray打光后，圖像顯示出景深和立體效果，更加逼真和精美。保存圖片命令非常簡(jiǎn)單，png后面加上你起的任意文件名即可，回車后圖片自動(dòng)保存在當(dāng)前工作路徑下，圖片文件格式是png，看看后綴就清楚了。注意當(dāng)前工作路徑在哪里，還記得pwd命令吧O(_)O高清大圖怎么做呢？無(wú)非就是像素調(diào)高一些唄，還是ray命令，不過(guò)后面加上橫軸和縱軸的像點(diǎn)數(shù)ray 2000,2000png 002看一看是不是高清多了，文件也大多了。如果ray后不加參數(shù)

23、的話，那么就以PyMOL軟件窗口的大小作圖，你調(diào)的窗口大它就大，你調(diào)的小它就小。好了，現(xiàn)在咱們已經(jīng)完成第一張精美圖片的制作了，很有成就感吧()接下來(lái)，咱們來(lái)做第二張和第三張圖片看到這兩張圖，可能你會(huì)覺(jué)得很簡(jiǎn)單，不就是把蛋白show出surface模式嗎？可是如果真的這么做 show surface,prolshow surface,pror會(huì)發(fā)現(xiàn)效果竟然是下面這張圖 咦，這是什么情況？！怎么這個(gè)圖里兩個(gè)蛋白表面連到一起了？還有蛋白和DNA的交界面怎么會(huì)是裂開(kāi)的??？還記得前面說(shuō)過(guò)的Object和selection的區(qū)別嗎？前面沒(méi)理解的話，在這里會(huì)有深刻體會(huì)的。前面說(shuō)過(guò)Object是實(shí)實(shí)在在的物體或東西，而selection不過(guò)是一個(gè)指代名稱。選擇鏈l為prol，不過(guò)是用prol指代3cro中的鏈l，但鏈l和鏈r還是在3cro中，而沒(méi)有獨(dú)立出來(lái)，兩個(gè)蛋白鏈l與r和DNA鏈a與b共處在一個(gè)object中，它們是一體的，而不是獨(dú)立的。既然大家都是一體的，顯示表面時(shí)相互之間當(dāng)然就是連接的，所以只顯示蛋白的表面當(dāng)然顯示出裂開(kāi)的蛋白DNA交界面，如果你只顯示prol的話，還會(huì)出現(xiàn)裂開(kāi)的蛋白交接面吶，見(jiàn)下圖那怎么顯示出鎖鑰契合而不是相互連成一片的表面呢？既然大家共處一個(gè)object辦不到，那就獨(dú)立門戶各成一體。建立object