VMD教程完整版本

簡(jiǎn)介：這個(gè)教程為新用戶介紹了VMD的用法。老用戶也可以用本教程進(jìn)一步熟悉程序的應(yīng)用，以更好地利用VMD。本教程是針對(duì)VMD1.8.3設(shè)計(jì)的，需要約3個(gè)小時(shí)來(lái)完成。本教程新增的內(nèi)容可用三個(gè)獨(dú)立的單元講解。第一個(gè)單元主要內(nèi)容是分子圖形表現(xiàn)方法基礎(chǔ)，還會(huì)介紹制作形象逼真的圖像要了解的知識(shí)。另外的兩個(gè)單元是針對(duì)高級(jí)用戶，介紹了VMD的腳本。盡管非技術(shù)性用戶可以略去腳本的閱讀，但是我們鼓勵(lì)每個(gè)人都去試一試著讀一下，因?yàn)樗鼤?huì)提供一些有力而易用的工具，這些工具是簡(jiǎn)單的圖形用戶界面所無(wú)法提供的。本教程以一種有趣的小蛋白質(zhì)泛素的研究為例來(lái)說(shuō)明VMD的應(yīng)用。在本文中，一些資料是在小框中出現(xiàn)的。這些小框中包括教程的補(bǔ)充內(nèi)容，例如泛素扮演的生物學(xué)角色，使用VMD的一些提示和捷徑等等。如果你有對(duì)本教程的評(píng)論和問(wèn)題，請(qǐng)發(fā)郵件至tutorial-l@。郵件列表可以在/Training/Tutorials/mailinglist/tutorial-l/.中找到。泛素本教程會(huì)用VMD來(lái)顯示泛素。泛素是一個(gè)由76個(gè)氨基酸組成的小蛋白質(zhì)，在所有的真核生物中普遍存在。在所有真核生物蛋白質(zhì)中，泛素是最為保守的蛋白質(zhì)之一（在昆蟲(chóng)，魚(yú)，牛和人中，前74個(gè)氨基酸是完全一樣的）。它已被證明存在于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞表面。它首要的功能是介導(dǎo)蛋白質(zhì)降解，在降解過(guò)程中，作為細(xì)胞內(nèi)蛋白水解酶識(shí)別的標(biāo)志。需要的程序：以下是本教程中需要的程序VMD:可以從/Research/vmd/下載（在所有平臺(tái)上均可使用）。繪圖程序：要觀看從VMD輸出的圖像，需要專門(mén)的程序。VMD有一個(gè)內(nèi)置的繪圖程序，也可以應(yīng)用外部程序。應(yīng)用什么程序是由你的操作系統(tǒng)決定的。例如：–Unix/Linux:xmgrace,http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/–Windows:Excel,/en-us/FX010858001033.aspx(需要購(gòu)買(mǎi))–Mac/MultiplePlatforms:Mathematica,/(需要購(gòu)買(mǎi));gnuplot,/(免費(fèi)下載)現(xiàn)在開(kāi)始學(xué)習(xí)VMD你可以在VMD-tutorial-files目錄里找到本教程的文件。如圖1所示的VMD-tutorial-files的文件和目錄 圖1：VMD-tutorial-files的目錄結(jié)構(gòu)運(yùn)行VMD，可以在Unix終端窗口中鍵入vmd,在MacOSX的應(yīng)用文件夾中雙擊VMD應(yīng)用程序圖標(biāo)或者在windows中單擊開(kāi)始——程序——VMD。1VMD基礎(chǔ)在本單元中你會(huì)通過(guò)構(gòu)建一個(gè)泛素的較美觀的圖形來(lái)熟悉VMD的基本命令。另外，你可以學(xué)習(xí)怎樣用VMD來(lái)尋找蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的有趣的特點(diǎn)。導(dǎo)入分子第一個(gè)步驟是導(dǎo)入分子。在教程中提供了一個(gè)pdb文件1UBQ.pdb，文件中包含了泛素的原子坐標(biāo)。1在VMD主窗口的菜單欄中選擇File——NewMolecule，如圖2（a），屏幕上會(huì)顯示另外一個(gè)窗口，即MoleculeFileBrowser(b)。圖2導(dǎo)入分子應(yīng)用Browse.（c）按鈕在vmd-tutorial-files中找到文件1UBQ.pdb，注意到當(dāng)你選擇這個(gè)文件的時(shí)候，就會(huì)回到MoleculeFileBrowser窗口。為了精確地導(dǎo)入你要導(dǎo)入的文件一定不要忘了按下Load（d）按鈕。圖2導(dǎo)入分子現(xiàn)在，泛素在你的OpenGLDisplay窗口中顯示出來(lái)。你可以隨時(shí)選擇MoleculeFileBrowser窗口。Webpdb.如果網(wǎng)絡(luò)連接可用，VMD可以從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中下載pdb文件。只要在MoleculeFileBrowse窗口的FileName中鍵入四個(gè)字母的蛋白質(zhì)號(hào)，再點(diǎn)一下load就可以了。VMD會(huì)自動(dòng)下載該pdb文件。坐標(biāo)文件。文件1UBQ.pdb與泛素的X射線衍射1.8埃分辨率側(cè)的結(jié)果香對(duì)應(yīng)（SenadhiVijay-Kumar,CharlesE.BuggandWilliamJ.Cook,J.Mol.Biol.(1987)194,531）。注意蛋白質(zhì)被58個(gè)水分子包圍，結(jié)果中不包含氫原子。1．2顯示蛋白質(zhì)為了觀察蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，我們要用到多種鼠標(biāo)模式。圖3旋轉(zhuǎn)模式1在OpenGLDisplay中,按下鼠標(biāo)左鍵同時(shí)移動(dòng)鼠標(biāo)。進(jìn)一步觀察有什么現(xiàn)象。這是鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)模式，通過(guò)這種模式，你可以讓這個(gè)分子繞一個(gè)與屏幕平行的軸旋轉(zhuǎn)。圖3（a）圖3旋轉(zhuǎn)模式2如果你按下鼠標(biāo)右鍵，重復(fù)上一步驟，分子會(huì)繞一個(gè)與屏幕垂直的軸旋轉(zhuǎn)（b）（對(duì)于Mac用戶來(lái)說(shuō)，右鍵產(chǎn)生的效果與在按下mouse菜單選項(xiàng)后點(diǎn)擊命令按鈕是一樣的）。3在VMD主窗口中，看一下Mouse菜單（圖4），這里，你可以把鼠標(biāo)模式從Rotation更換到Translation或者Scalemodes。4Translation模式允許你按住鼠標(biāo)左鍵，在屏幕上移動(dòng)分子。在Translation模式下，你可以通過(guò)按下鼠標(biāo)中鍵來(lái)改變剪切板。圖4鼠標(biāo)模式在Scale模式下，你可以按住左鍵水平移動(dòng)鼠標(biāo)來(lái)縮小或放大分子。圖4鼠標(biāo)模式需要注意的是：鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)不會(huì)改變分子中的原子坐標(biāo)。鼠標(biāo)模式。注意每一種鼠標(biāo)模式都有獨(dú)特的指針形狀，也有獨(dú)特的快捷鍵（(r:Rotate,t:Translate,s:Scale)，可以代替菜單使用。（當(dāng)用快捷鍵的時(shí)候，要保證OpenGLDisplay窗口是活動(dòng)的）。在VMD用戶手冊(cè)中可以獲得更多的信息。Mouse——Center菜單項(xiàng)也很有用，它允許你確定分子繞之旋轉(zhuǎn)的支點(diǎn)。選擇Center菜單項(xiàng)，在蛋白質(zhì)一端選擇一個(gè)原子，這時(shí)指針會(huì)顯示成一個(gè)十字。現(xiàn)在，按下r,用鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)分子，看一看你的分子是怎么繞著你選擇的支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的。8選擇Display——ResetView菜單項(xiàng)(=快捷鍵)，回到默認(rèn)界面。1．3學(xué)習(xí)應(yīng)用不同的繪圖模式VMD可以用很多種繪圖模式來(lái)顯示你的分子。這里，我們要進(jìn)一步學(xué)習(xí)那些可以幫助你確定蛋白質(zhì)中不同結(jié)構(gòu)的繪圖模式。1選擇Graphics——Representations菜單項(xiàng)，一個(gè)叫做GraphicalRepresentations的窗口會(huì)出現(xiàn)，見(jiàn)圖5（a）中黃色高亮。你可以看到目前顯示的分子的圖形顯示法。在DrawStyle標(biāo)簽中（b）我們可以改變所表示的style(d)和color(c)。在這一部分我們重點(diǎn)來(lái)看drawing模式。每一種繪圖方法都有自己的參數(shù)控制。例如，改變線條的稠密度可以用GraphicalRepresentations窗口右側(cè)底部的控制按鈕（e）。圖5GraphicalRepresentations窗口現(xiàn)在，在DrawingMethod中選擇VDW(vanderWaals)，每一個(gè)原子現(xiàn)在都表示為球形。用這種方式你可以更容易地看出蛋白質(zhì)的體積分布圖5GraphicalRepresentations窗口要觀察蛋白質(zhì)內(nèi)部的原子排布，用窗口右側(cè)底部的控制按鈕改變SphereScale到0.5，SphereResolution到13。注意分辨率越高，分子的顯示速度越慢。6注意ColoringMethod——Name菜單項(xiàng),每一個(gè)原子都有其自己的顏色，比如，O是紅色的，N是藍(lán)色的，C是青色的，S是黃色的。7按下Default鍵，這個(gè)操作允許你回到默認(rèn)的繪圖方式中。更多顯示方法。還有有趣的顯示方法是CPK和Licorice。在CPK中，就像以前化學(xué)中的球棒模型，每個(gè)原子都用球形表示，每個(gè)鍵都用圓柱棒表示（球和圓柱形棒的半徑和分辨率都可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)）。Licorice繪圖方法（廣泛使用）也用球形表示原子，用圓柱形棒表示鍵，但是球的半徑不能被獨(dú)立調(diào)節(jié)。.前面的顯示方式可以讓你看到蛋白質(zhì)大分子的細(xì)節(jié)。但是，更多的普遍結(jié)構(gòu)屬性可以用抽象的繪圖方式來(lái)觀看。在DrawingMethod下選擇Tubestyle，觀察蛋白骨架。Radius設(shè)為0.8。在tube模式下觀察你的蛋白質(zhì)，你可以分辨出它有多少α螺旋、β折疊和無(wú)規(guī)則卷曲嗎？我們要了解的最后一個(gè)繪圖模式是NewCartoon。它可以給出一個(gè)以二級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)化的蛋白質(zhì)圖像。α螺旋以卷曲的條帶狀表示，β折疊以固形箭頭表示，所有其它的結(jié)構(gòu)以管狀表示。這可能是觀察蛋白質(zhì)分子總體構(gòu)造的最普遍的方法。,10選擇DrawingMethod——NewCartoon.11現(xiàn)在確定蛋白質(zhì)分子中有多少α螺旋、β折疊和無(wú)規(guī)則卷曲。泛素的結(jié)構(gòu)。泛素有一個(gè)三圈半的α螺旋（殘基23到34，其中有三個(gè)是疏水的），一個(gè)310-螺旋（殘基56到59），還有5個(gè)β折疊（殘基1到7，10到17，40到45，48到50，64到72），還有7個(gè)反向轉(zhuǎn)角。VMD用STRIDE程序，以一種探索性的法則計(jì)算出二級(jí)結(jié)構(gòu)圖6泛素Licorice,TubeandNewCartoon圖6泛素Licorice,TubeandNewCartoon顯示方法1．4學(xué)習(xí)不同的著色方法1現(xiàn)在，讓我們來(lái)改變所顯示圖像的顏色。選擇ColoringMethod——ResType圖5（c），這可以區(qū)別非極性基團(tuán)（白色），堿性基團(tuán)（藍(lán)色）、酸性基團(tuán)（紅色）和極性基團(tuán)（綠色）。2選擇ColoringMethod——Structure(c)，確定NewCartoon表示的圖形與二級(jí)結(jié)構(gòu)相一致。1．5學(xué)習(xí)不同選擇讓我們來(lái)看一看分子中不同的獨(dú)立的部分。1如圖5（f），在GraphicalRepresentations窗口的SelectedAtoms文本輸入框中刪去“all”,輸入helix，然后按下apply按鈕或者按下鍵盤(pán)上的Enter或者Return鍵（每當(dāng)在文本框中輸入后都可執(zhí)行同樣的操作），VMD會(huì)顯示出分子中的α螺旋結(jié)構(gòu)。2在GraphicalRepresentations窗口中選擇Selections標(biāo)簽，如圖7（a）。在Singlewords(b)這一部分中你可以發(fā)現(xiàn)可以輸入的選項(xiàng)表列。例如，要顯示β折疊而不是α螺旋，就可以在SelectedAtoms的文本輸入框中輸入合適的詞。布爾操作組合也可以用于選擇時(shí)的文本輸入。3為了看分子除了α螺旋和β折疊的部分，可以在SelectedAtoms中輸入：(nothelix)and(notbetasheet):4Selections標(biāo)簽（b）的Keyword(c)欄可根據(jù)蛋白質(zhì)某些部分的特定值來(lái)進(jìn)行選擇?？匆豢碖eywordresname(d)中的可能值。輸入(resnameLYS)或者(resnameGLY)可以顯示蛋白質(zhì)中所有的賴氨酸或者甘氨酸。賴氨酸在泛素的構(gòu)型中扮演重要的角色。.5現(xiàn)在，把當(dāng)前顯示的DrawingMethod改變到CPK模式，把DrawStyle中的ColoringMethod改到ResID。在屏幕中可以看到不同的賴氨酸和甘氨酸。每一種有多少個(gè)你能數(shù)得清嗎？圖7GraphicalRepresentations窗口和Selection標(biāo)簽6在SelectedAtoms的文本輸入框中輸入water。選擇ColoringMethod——Name。你可以看到在整個(gè)圖7GraphicalRepresentations窗口和Selection標(biāo)簽7為了看一看哪些水分子離蛋白質(zhì)分子更近一些，可以用within命令。輸入waterwithin3ofprotein，這就選擇了距離蛋白質(zhì)3埃之內(nèi)的所有的水分子。8最后，在SelectedAtoms中鍵入下列內(nèi)容：:SelectionActionproteinresid1(resid176)and(notwater)(resid23to34)and(protein)ShowstheProteinThefirstresiduesThefirstandlastresiduesThe_helix前述的選項(xiàng)提供了研究蛋白質(zhì)或其他分子的有力工具。1．6多重顯示如圖8（a），在GraphicalRepresentations窗口中，用CreateRep按鈕可以創(chuàng)建多重顯示圖像。因此，你可以讓分子的不同部分顯示不同的樣式和顏色。1對(duì)當(dāng)前顯示，把DrawingMethod設(shè)為NewCartoon，把ColoringMethod設(shè)為Structure.2在SelectedAtoms中鍵入protein.3按下CreateRep鍵（a），現(xiàn)在，用DrawStyle菜單項(xiàng)和SelectedAtoms文本輸入框來(lái)更改新的圖形顯示，可以把DrawingMethod設(shè)為VDW，ColoringMethod設(shè)為ResType，并鍵入resnameLYS，使其成為當(dāng)前選擇。圖8泛素的多重顯示方法4重復(fù)前述步驟，產(chǎn)生下列兩種新的顯示方法：：圖8泛素的多重顯示方法DrawingStyleColoringMethodSelectionCPKVDWNameColorID1WaterResid176andnameCA，5再次按下CreateRep按鈕，創(chuàng)建最后一個(gè)圖形顯示法。選擇DrawingMethod——Surf,ColoringMethod——Molecule，在SelectedAtoms中鍵入protein。在Material部分(c)中選擇Transparent菜單項(xiàng)。6用鼠標(biāo)你可以選擇已創(chuàng)建的不同的顯示法，并可以獨(dú)立地改變其中的任何一種。你也可以用雙擊鼠標(biāo)或者DeleteRep按鈕打開(kāi)或關(guān)閉它們。關(guān)閉第二個(gè)和最后一個(gè)圖形表示法。在這一部分的最后，GraphicalRepresentations窗口的顯示如圖8，1．7SequenceViewerExtension當(dāng)?shù)谝淮翁幚硪粋€(gè)蛋白質(zhì)分子的時(shí)候，快速找出和顯示不同的氨基酸是非常有用的。SequenceViewerExtension可以讓你很容易地選出和顯示氨基酸殘基。1選擇Extensions——Analysis——SequenceViewer菜單項(xiàng)，一個(gè)包含氨基酸（圖9e）和它們屬性的列表（b）和（c）的窗口（圖9a）會(huì)出現(xiàn)在屏幕上。2用鼠標(biāo)點(diǎn)擊列表中不同的氨基酸殘基（e），觀察它們是如何被標(biāo)記為高亮的。另外，高亮的殘基還會(huì)在OpenGLDisplay窗口中以黃色bonddrawing方式顯示，因此你可以很容易地觀察它們。用鼠標(biāo)右鍵可以解除選擇。3用Zoom滑塊控制窗口（f），使其能夠顯示所有殘基。這在大的蛋白質(zhì)分子中比較有用。圖9sequence窗口4按住shift鍵時(shí)同時(shí)按下鼠標(biāo)，就可以同時(shí)選擇多個(gè)殘基?？匆幌聢D中顯示的殘基48,63,11圖9sequence窗口和29(e)。.5觀察GraphicalRepresentations窗口，用SequenceViewerExtension，你應(yīng)該能發(fā)現(xiàn)一種新的顯示所選殘基的方法。就像你以前做過(guò)的那樣，你可以修改、隱藏、或者刪除這種顯示方法。賴氨酸的相關(guān)性。多個(gè)泛素鏈可以被C和N末端肽鍵連接，也可以通過(guò)lys48，63，11或者29連接（就是你在sequence窗口中選擇的）不同連接形成的鏈有著與功能相關(guān)的不同的屬性。關(guān)于殘基的信息用柱狀彩色標(biāo)記表示，它們是從STRIDE中得到的。B-value表示的是溫度因子的變化，struct表示二級(jí)結(jié)構(gòu)，在圖中，各種顏色所代表的意義都用字母作了標(biāo)注。.TEBHGICTurnExtendedconformation(_sheets)IsolatedbridgeAlphahelix3-10helixPihelixCoil1．8保存結(jié)果用VMD創(chuàng)建的圖形可以與創(chuàng)建的圖形顯示法，VMD環(huán)境設(shè)置一起保存。這里提到的VMD環(huán)境設(shè)置包括你開(kāi)啟一個(gè)新的VMD環(huán)境所需要的所有信息，這就不會(huì)使你以前的工作成果丟失。1在VMD主窗口，選擇File——SaveState菜單項(xiàng)，寫(xiě)上一個(gè)合適的文件名（例如：myfirststate.vmd)保存。File——LoadState菜單項(xiàng)允許你導(dǎo)入一個(gè)保存過(guò)VMD環(huán)境設(shè)置，就像保存時(shí)一樣，雖然設(shè)置好的VMD環(huán)境允許你用VMD來(lái)處理蛋白質(zhì)的圖像，探索它的性質(zhì)，但是你通常需要得到能用于論文和其他各種文件的圖像。VMD可以潤(rùn)色圖像，產(chǎn)生一個(gè)可作它用的圖像文件。如下所述：2用你已經(jīng)學(xué)過(guò)的所有關(guān)于VMD的知識(shí)，用縮放、旋轉(zhuǎn)和改變分子位置的方法找到蛋白質(zhì)分子的合適的視野。打開(kāi)和關(guān)閉不同的顯示方法，提高選擇的分辨率，調(diào)整其他屬性。如果你想得到一個(gè)質(zhì)量很高的分子，注意每一個(gè)顯示方法的分辨率。3注意你用SequenceViewerextension創(chuàng)建的新顯示法。如果需要的話，隱藏或者刪除它們。4在潤(rùn)色圖像之前，選擇Graphics——Colors菜單項(xiàng)，改變背景顏色。選擇Displaycategory,Backgroundname和8whitecolor.。這樣背景就變成白色的了。5選擇File——Render菜單項(xiàng)(渲染)，一個(gè)叫做FileRenderControls的窗口會(huì)在屏幕上出現(xiàn)。6可以用不同的文件包來(lái)潤(rùn)色分子。如果你用的操作系統(tǒng)是Unix或者M(jìn)acOSX，就在Renderusing菜單中選擇TachyonInternal，否則選擇Tachyon。7在Filename文本輸入框中鍵入圖像要保存的文件名，例如：picture.tga或者picture.dat(默認(rèn)文件名是plot.tga或者plot.dat，依據(jù)不同的操作平臺(tái))8按下StartRendering按鈕，包含有你的圖像的文件就會(huì)創(chuàng)建。注意到這需要一些時(shí)間。你可以以一個(gè)圖像文件名，如picture.tga(MacOSX或者Unix)或者picture.dat.bmp(Windows).結(jié)束工作，9關(guān)閉打開(kāi)圖形文件的程序，這樣就可以繼續(xù)使用VMD（在windows中，這條可以忽略）?，F(xiàn)在學(xué)完了本教程的第一單元。我們希望你學(xué)會(huì)了VMD的基本命令。你也可以做兩個(gè)文件，第一個(gè)是VMD環(huán)境設(shè)置文件，讓你重啟一個(gè)VMD環(huán)境，在其中應(yīng)用或者修改你在本單元學(xué)到的東西。第二個(gè)文件是一個(gè)關(guān)于蛋白質(zhì)的圖像文件，這個(gè)文件可以應(yīng)用于其他文件中。2多分子處理和腳本在本單元，你會(huì)學(xué)到如何同時(shí)處理多個(gè)分子。同時(shí)，你也會(huì)學(xué)到Tcl腳本的基礎(chǔ)，用它來(lái)編輯原子數(shù)據(jù)，排列整合兩個(gè)分子，并用計(jì)算出的分子特性給分子上色。1從一個(gè)新的VMD環(huán)境開(kāi)始。如果你剛剛完成第一單元的學(xué)習(xí)，你應(yīng)該退出VMD,然后重新啟動(dòng)。導(dǎo)入多個(gè)分子首先，導(dǎo)入你要用到的分子。1用File——NewMolecule.菜單項(xiàng)打開(kāi)MoleculeFileBrowser你需要載入泛素的X射線三維結(jié)構(gòu)圖，可以用第一單元中學(xué)到的操作，也可直接用命令導(dǎo)入。2確定你正在vmd-tutorial-files下。在VMD終端，輸入molnew1UBQ.pdb。.泛素在水盒中的溶解平衡模擬已經(jīng)在1ns的時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。你的文件包含了這個(gè)平衡的最末幀的坐標(biāo)。以現(xiàn)在可以比較泛素在平衡末狀態(tài)的構(gòu)像和初始態(tài)的晶體構(gòu)象。坐標(biāo)文件和結(jié)構(gòu)文件。為了節(jié)省空間，模擬輸出文件通常只包含原子坐標(biāo)，而不儲(chǔ)存像原子類型、電荷、各部分的名字和鍵等不變的信息。這一部分信息另存于一個(gè)“結(jié)構(gòu)”文件當(dāng)中（例如一個(gè)PSF文件）。要觀察一個(gè)模擬結(jié)果，你需要把同一個(gè)分子的結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)文件融合。3現(xiàn)在，導(dǎo)入另一個(gè)分子的模擬結(jié)果。在MoleculeFileBrowser窗口頂端的菜單中選擇NewMolecule。在vmd-tutorial-files中找到文件ubiquitin.psf，然后按下Load按鈕，建立了一個(gè)有結(jié)構(gòu)而沒(méi)有坐標(biāo)的新分子。4注意到,窗口最頂端的菜單上顯示：1:ubiquitin.psf.這保證了載入的下一個(gè)文件會(huì)增加到那個(gè)分子(moleculeID1)。因?yàn)槟阍谟肞SF文件合并數(shù)據(jù)，所以你不需要把菜單切換到NewMolecule。現(xiàn)在，在vmd-tutorial-files中找到文件ubiquitin-equilibrated.coor，單擊Load，這就可以導(dǎo)入新的坐標(biāo)，并把新坐標(biāo)與先前載入的結(jié)構(gòu)信息合并。你現(xiàn)在可以看到兩個(gè)有層次的沒(méi)有相互重疊的分子，一個(gè)是原始的晶體泛素結(jié)構(gòu)，另外一個(gè)是一個(gè)由水盒包圍的分子。，2．2主窗口的應(yīng)用現(xiàn)在需要為你的分子命名，這樣就可以區(qū)別它們。1在Main窗口的分子列表中雙擊第一個(gè)分子的名字，RenameMolecule對(duì)話框彈出。鍵入crystal。以同樣的操作為第二個(gè)分子命名為simulation。這時(shí)，Main窗口如圖10。在分子的名字之前，有四個(gè)字母，你可以用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)一些操作。圖10初始和最后坐標(biāo)導(dǎo)入兩個(gè)分子的主窗口顯示圖10初始和最后坐標(biāo)導(dǎo)入兩個(gè)分子的主窗口顯示F的意義是“Fixed”，意思是當(dāng)你移動(dòng)屏幕時(shí)，分子不會(huì)隨之移動(dòng)。當(dāng)F顯示黑色時(shí)，分子是固定的；當(dāng)顯示灰色時(shí)，分子可以自由移動(dòng)。2在主窗口，雙擊分子名左邊的F，當(dāng)一個(gè)分子被固定時(shí)，試著用鼠標(biāo)調(diào)動(dòng)屏幕。然后試一試兩個(gè)分子都被固定時(shí)的情況。3完成操作后，把兩個(gè)分子都解固定，選擇Display——ResetView，讓其顯示兩個(gè)分子之間原來(lái)的相對(duì)位置。4然后，雙擊一個(gè)分子的D，D表示的是“Display”。當(dāng)D灰化的時(shí)候，分子是隱藏的。你可以通過(guò)雙擊D來(lái)顯示或者隱藏分子。5當(dāng)操作完時(shí)，確保只有晶體結(jié)構(gòu)分子顯示，兩個(gè)分子都未固定。6最后，雙擊晶體分子左邊的T，T會(huì)在前面顯示。這使它成為了頂層分子。一個(gè)分子置于頂層，它就成為腳本命令操作的目標(biāo)。２．３Tcl腳本基礎(chǔ)和Tk控制臺(tái)VMD支持Tcl/Tk腳本語(yǔ)言。這一部分會(huì)提供運(yùn)行一些有用功能必需掌握的腳本語(yǔ)言。Tcl/Tk語(yǔ)言。Tcl是一種豐富的語(yǔ)言，除了典型的條件和循環(huán)結(jié)構(gòu)語(yǔ)句之外，還包括許多特征和命令。Tk是Tcl的拓展，允許寫(xiě)程序用戶與窗口和按鈕接觸。關(guān)于Tcl/Tk語(yǔ)言更多的信息在http://www.tcl.tk/doc上有提供。執(zhí)行Tcl命令，需要應(yīng)用一種很方便的文本控制臺(tái)，即Tk控制臺(tái)。1選擇Extensions——TkConsole。一個(gè)控制臺(tái)窗口出現(xiàn)（圖11）。這就可以在其中輸入Tcl/Tk命令。圖11Tk控制臺(tái)圖11Tk控制臺(tái)你首先接觸到的是Tcl/Tk最基本的部分。這里是Tcl的設(shè)置和輸出命令。setvariablevalue–setsthevalueofvariableputs$variable–printsoutthevalueofvariable2試一試以下命令：setx10puts"thevalueofxis:$x"settext"sometext"puts"thevalueoftextis:$text."$variable指的是variable的值。.下面是一個(gè)數(shù)學(xué)操作命令：exprexpression–evaluatesamathematicalexpression3試一試應(yīng)用expr命令expr3-8setx10expr-3*$xTcl最重要的方面之一是可以用方括號(hào)把Tcl命令嵌入其他命令。方括號(hào)括起來(lái)的表達(dá)式會(huì)自動(dòng)被方括號(hào)內(nèi)表達(dá)式的值替換[expr.]–representstheresultoftheexpressioninsidethebrackets4新建一些命令，然后用方括號(hào)測(cè)試它們。例如：setresult[expr-3*$x]puts$result2．4atomselect命令你可以用VMD的atomselect命令來(lái)編輯原子屬性。下面的例子會(huì)告訴你怎樣操作。1當(dāng)確定晶體分子是頂層的分子后（如果不是，雙擊T）。用Graphics——Representations.菜單打開(kāi)GraphicalRepresentations窗口。PDBB-因子范圍。PDB文件中“B”的范圍通常儲(chǔ)存晶體結(jié)構(gòu)的“溫度因子”，在VMD中讀入“Beta”范圍。由于我們目前的重點(diǎn)不在此，我們可以利用這個(gè)范圍來(lái)存儲(chǔ)我們自己的數(shù)字值。VMD有一個(gè)“Beta”上色方法，它可以根據(jù)原子的B因子給它們上色。當(dāng)用不同的原子來(lái)替換B值，你就可以控制不同原子的顏色了。當(dāng)你想要展示通過(guò)計(jì)算得出來(lái)的系統(tǒng)屬性時(shí)，這種方法就很有用了。但是這種方法在VMD之外是不能應(yīng)用的。2在窗口頂部的SelectedMolecule下拉菜單中選擇“crystal”的分子，在atomselection中鍵入protein。把ColoringMethod設(shè)為Beta，把DrawingMethod設(shè)為VDW.。分子大部分會(huì)顯示出紅色和綠色小球的集合。現(xiàn)在你將學(xué)到VMD中一個(gè)非常重要的Tcl命令：atomselectmolidselection–createsanewatomselection對(duì)于atomselect，首先要講的是moleculeID（主窗口的最左邊），其次是文本原子選擇，就像你在第一單元所學(xué)的用來(lái)描述圖形顯示方法的文本原子選擇。你要學(xué)習(xí)的Atomselect，返回的選擇是一個(gè)命令。3在Tk控制臺(tái)窗口鍵入crystal[atomselecttop"all"]，這個(gè)選擇包括了分子中所有原子，并把所選賦予變量crystal。我們用“top”來(lái)指代頂層分子，不用moleculeID（是個(gè)數(shù)字，不好記）。Atomselect得出的結(jié)果是一個(gè)功能。因此，$crystal是一個(gè)針對(duì)“all”所指代內(nèi)容執(zhí)行的功能。4鍵入$crystalnum.把num賦給所選一個(gè)原子，返回的是原子在這個(gè)選擇中的序號(hào)。檢查一下這個(gè)序號(hào)是不是與分子中原子的序號(hào)相同（可以從main窗口中讀取）。5鍵入$crystalsetbeta0.。這樣就把所有原子的“beta”域設(shè)為0。當(dāng)你這樣做的時(shí)候，你會(huì)觀察到屏幕上原子的顏色會(huì)突然變成一樣的（因?yàn)樗鼈兇藭r(shí)具有相同的beta值）。原子選擇中的原子指的是原始分子中的原子。當(dāng)你通過(guò)選擇改變一些原子的屬性（如beta值），這些變化會(huì)反映在所有其它包括這些原子的選擇中。6現(xiàn)在，輸入setsel[atomselecttop"hydrophobic"]。這新建了一個(gè)包括所有疏水殘基的選擇。7讓我們把所有的疏水原子的beta值設(shè)為1來(lái)標(biāo)記它們。你現(xiàn)在應(yīng)該明白如何操作了：$selsetbeta1。如果OpenGLDisplay中的顏色沒(méi)有更新，單擊GraphicalRepresentations底部的Apply按鈕。原子屬性的例子。你可以通過(guò)應(yīng)用原子選擇，包括不同部分、殘基、原子名、位置（x，y和z），電荷、質(zhì)量、體積、半徑等等來(lái)獲得或者設(shè)置許多原子的屬性8現(xiàn)在要通過(guò)改變?cè)拥奈锢硇再|(zhì)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明疏水基團(tuán)的分布。輸入$crystalsetradius1.0，以使所有的原子變得小一點(diǎn)，更易觀察。輸入$selsetradius1.5，讓疏水基團(tuán)大一點(diǎn)。半徑的大小范圍會(huì)影響圖形的顯示方式（如VDW,CPK）。現(xiàn)在已經(jīng)新建了一個(gè)圖像，可以清楚地區(qū)別蛋白質(zhì)的疏水部分和親水部分。如果你完全按照教程的要求來(lái)做，你得到的蛋白質(zhì)圖像就會(huì)如圖12所示。圖12在VMD顯示模式下的泛素分子，上色的依據(jù)是殘基的疏水性圖12在VMD顯示模式下的泛素分子，上色的依據(jù)是殘基的疏水性疏水殘基。就像你在渲染泛素分子的過(guò)程中可能注意到的那樣，疏水殘基絕大部分都處于蛋白質(zhì)的核心區(qū)。這在小的可溶性蛋白質(zhì)中是很典型的。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)折疊的時(shí)候，疏水殘基就有停留在界面的趨勢(shì)。這樣疏水基團(tuán)匯集在一起，扮演著結(jié)構(gòu)上的角色。這可以幫助蛋白質(zhì)正確折疊，并提高穩(wěn)定性。原子選擇不止在設(shè)置原子數(shù)據(jù)方面有用，而且可以用來(lái)獲取信息。如果你想得到疏水基團(tuán)，你要做的只是新建一個(gè)疏水選擇，這里應(yīng)該用get，而不是set。9在你選擇的疏水原子上應(yīng)用get$selgetresname但這里有個(gè)問(wèn)題。每個(gè)殘基都包含了很多原子，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是有很多重復(fù)輸入。你能想到一個(gè)辦法來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題嗎？我們知道，每個(gè)氨基酸都有同樣的骨架原子。如果你在每個(gè)殘基中只選擇一個(gè)這樣的原子，每個(gè)殘基就只會(huì)在你的選擇中出現(xiàn)一次。10讓我們?cè)囋囘@種解決辦法。每一個(gè)原子有且只有一個(gè)α-碳(命名CA=alpha):setsel[atomselecttop"hydrophobicandalpha"]$selgetresname哈，成功了！11你也可以同時(shí)得到多種屬性。試試下面的命令：$selgetresid$selget{resnameresid}$selget{xyz}12一旦你完成了一個(gè)選擇，可以很方便地用下面的命令來(lái)刪除它們以節(jié)省內(nèi)存開(kāi)支：$seldelete2.5AligningTwoMolecules要正確地觀察泛素在模擬中是怎么變化的，你必須首先確保兩個(gè)分子在空間上盡量重合。VMD提供了很多方便的命令可以完成這個(gè)功能?，F(xiàn)在要給兩個(gè)分子上不同的顏色以區(qū)別它們。1確保兩個(gè)分子都處于顯示狀態(tài)（可以通過(guò)雙擊VMD主窗口中的D來(lái)實(shí)現(xiàn)）。2在GraphicalRepresentations窗口，改變晶體分子的圖像顯示（記得要從窗口頂部的菜單中選擇它）。把ColoringMethod設(shè)為ColorID,color設(shè)為0blue，DrawingMethod設(shè)為T(mén)ube.3可以在GraphicalRepresentations窗口最頂部的SelectedMolecule菜單中選擇目標(biāo)分子，在不同的分子上應(yīng)用不同的顯示方法。對(duì)分子simulation選擇同樣的顯示法(ColorIDandTube),而把顏色設(shè)為1red。4在Tk控制臺(tái)窗口中鍵入下面的命令，為每個(gè)分子新建一個(gè)包括蛋白質(zhì)骨架中α碳的原子選擇：setatomsel1[atomselect0"alpha"]setatomsel2[atomselect1"alpha"]這里我們選擇α碳是因?yàn)樗鼈儽鹊鞍踪|(zhì)松散的側(cè)鏈更穩(wěn)定，而且它們給出了蛋白質(zhì)空間構(gòu)象方面有用的信息。即使這兩個(gè)分子非常不同（晶體結(jié)構(gòu)中沒(méi)有氫），你所建立的選擇也包括了完全相同的原子。VMD提供了一個(gè)命令measurefit可以用于找出兩個(gè)選擇中相同原子的最佳吻合度。measurefitatomsel1atomsel2–calculatesthebestfitmatrix注意atomsel1和atomsel2必須具有相同數(shù)目的原子?？梢杂?atomsel1num命令來(lái)檢查原子的個(gè)數(shù)。5用下面的命令可以找出能夠使兩個(gè)選擇以最佳方式配對(duì)的轉(zhuǎn)換矩陣MsetM[measurefit$atomsel1$atomsel2]6通過(guò)輸入命令$crystalmove$M你可以把剛剛得到的矩陣應(yīng)用于第一個(gè)分子所有部分（即你以前定義的叫做crystal的原子選擇）在OpenGL窗口，兩個(gè)分子以α碳的位置為基礎(chǔ)排列。注意到分子的一部分吻合得很好，但另一些擺動(dòng)的尾部和loop區(qū)看起來(lái)比較松散（它們?cè)谄胶庵械倪\(yùn)動(dòng)性更強(qiáng)）。用了α螺旋后，再用β折疊重新排列分子，得到一個(gè)如圖13的圖像圖13泛素最初和最后狀態(tài)三維結(jié)構(gòu)擬合圖13泛素最初和最后狀態(tài)三維結(jié)構(gòu)擬合2．6用顏色來(lái)顯示偏離值一旦兩個(gè)分子被排列在一起，你可以比較兩個(gè)原子的位置。你可以用一個(gè)預(yù)寫(xiě)的腳本（因?yàn)橹苯訉?xiě)比較麻煩）來(lái)完成。如果你喜歡刺激的話，那就看一下這個(gè)腳本。如果你已經(jīng)對(duì)此很熟練，寫(xiě)這樣一個(gè)腳本就是小菜一碟了。從文件中運(yùn)行一個(gè)腳本，可以用Tcl源命令：sourcefile–runsascriptfromatextfile1腳本在vmd-tutorial-files的文件coloring.tcl中。在VMDTkCon窗口中應(yīng)用cd命令找到這個(gè)目錄。它會(huì)改變晶體分子的beta值，反映在平衡后分子中原子的位置改變。我們輸入以下命令，運(yùn)行這個(gè)腳本：sourcecoloring.tcl2要看到新的beta值，需設(shè)置分子crystal的ColoringMethod為Beta，隱藏分子simulation（通過(guò)雙擊VMD主窗口中的D實(shí)現(xiàn)）。晶體分子現(xiàn)在依據(jù)模擬中的總改變程度上色。為了進(jìn)一步的工作，我們來(lái)調(diào)整一下顏色的范圍。3在GraphicalRepresentations窗口中，選擇Trajectory標(biāo)簽。在ColorScaleRange標(biāo)簽下，你可以設(shè)置beta值顏色范圍的最大和最小值。確保晶體分子右邊的顯示法被選定，然后輸入0和5，單擊set。這就把顏色的范圍設(shè)置為0到5埃之間。圖14Representation窗口中的顏色范圍控制圖14Representation窗口中的顏色范圍控制4現(xiàn)在，從VMD主窗口中選擇Graphics——Colors，打開(kāi)ColorControls窗口（如圖15），選擇ColorScale標(biāo)簽。圖15顯示ColorScale標(biāo)簽的ColorControls窗口圖15顯示ColorScale標(biāo)簽的ColorControls窗口5在colorscale的Method菜單中，選擇BWR。這樣就可以把位置變動(dòng)小的原子（0埃）染上藍(lán)色，把位置變動(dòng)大的原子（5埃）染上紅色，在兩者之間的染上白色。6你現(xiàn)在也可以調(diào)整colorscale的Midpoint來(lái)改變被染成白色的原子位置變動(dòng)的水平。試試把中點(diǎn)設(shè)為0.1。你現(xiàn)在應(yīng)該明白怎么對(duì)一般數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的上色操作?？匆豢茨愕姆肿?，它如圖16所示。你現(xiàn)在應(yīng)該可以確定泛素的那一部分是穩(wěn)定的（藍(lán)色），哪一部分是松散的（紅色）?？偲饋?lái)說(shuō)，末端和loop是靈活的，容易動(dòng)的，而α螺旋和β折疊相比之下是不容易活動(dòng)的。圖16根據(jù)1ns平衡后泛素分子著色圖16根據(jù)1ns平衡后泛素分子著色3Trajectories,MacrosandLabels在第三單元，你將要學(xué)習(xí)怎樣載入運(yùn)動(dòng)軌跡，創(chuàng)建macros，在原子和鍵上標(biāo)注標(biāo)簽，用簡(jiǎn)單的tcl腳本計(jì)算一個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡的RMSD值。在最后，你應(yīng)該通過(guò)看RMSD點(diǎn)分布來(lái)確定泛素系統(tǒng)是否達(dá)到平衡。3.1導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)軌跡你現(xiàn)在要學(xué)習(xí)導(dǎo)入與時(shí)間相關(guān)的坐標(biāo)系統(tǒng)，叫做運(yùn)動(dòng)軌跡（Trajectory）。你可以用你的系統(tǒng)來(lái)看一場(chǎng)電影了。Trajectory文件通常是二元文件，包含了系統(tǒng)的多套坐標(biāo)。每一套坐標(biāo)對(duì)應(yīng)者時(shí)間中的一幀。DCD文件可以作為T(mén)rajectory文件的例子。Trajectory文件不包括PSF文件中的內(nèi)容。因此，我們需要首先導(dǎo)入結(jié)構(gòu)文件，再在結(jié)構(gòu)文件的基礎(chǔ)上導(dǎo)入Trajectory文件，導(dǎo)入方法如第二單元中所介紹。1啟動(dòng)一個(gè)新的VMD窗口2導(dǎo)入PSF文件ubiquitin.psf，方法如第二單元所述。3在MoleculeFileBrowser窗口，單擊Browse按鈕，確保ubiquitin.psf在菜單上已被選中。在vmd-tutorial-files中找到文件pulling.dcd，單擊OK，然后單擊Load按鈕。在它們導(dǎo)入分子的時(shí)候，你可以看到這些幀。4在Trajectory文件被導(dǎo)入之后，你會(huì)看到Trajectory的最后一幀。想要回到第一幀，你會(huì)用到AnimationTools，它的用法會(huì)在后文詳細(xì)解釋。在主菜單的左下側(cè)，單擊。5選擇Graphics——Representations，在DrawingMethod中，選擇NewCartoon，在SelectedAtoms窗口，鍵入protein6在同一個(gè)菜單中，雙擊CreateRep按鈕，新建另外一個(gè)圖形顯示方法,在DrawingMethod中，選擇Lines，在SelectedAtoms窗口，鍵入water，然后，雙擊關(guān)閉這個(gè)顯示方法。泛素的彈性。泛素在細(xì)胞中有許多功能。目前的觀點(diǎn)證明，這些功能依賴于泛素的彈性。只有一部分蛋白質(zhì)表現(xiàn)彈性，比如說(shuō)肌聯(lián)蛋白，它是肌肉的彈性源泉。這些分子的彈性依靠的是β折疊中殘基之間的氫鍵，像泛素中的一樣。你剛載入的trajectory是一個(gè)泛素分子的AFM（原子力顯微鏡）實(shí)驗(yàn)的模擬。我們要看的是當(dāng)它被從一端牽拉時(shí)是怎么伸展開(kāi)來(lái)的。在分子動(dòng)力學(xué)模擬中，在開(kāi)始模擬之前，像在AFM實(shí)驗(yàn)中顯示的那樣，首先需要實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的平衡。你將有機(jī)會(huì)在本教程的后面看到這樣的平衡軌跡在下一部分，你會(huì)學(xué)到怎樣用一個(gè)有用的叫做macros的特征來(lái)創(chuàng)建顯示方法。一旦你創(chuàng)建了與trajectory有關(guān)的顯示法，下一部分就會(huì)告訴你如何用AnimationTools來(lái)看trajectories。3.2Macros你現(xiàn)在可以做出與你在第一單元做出的相似的圖形顯示方法。當(dāng)你創(chuàng)建這些輸入法時(shí)，你會(huì)學(xué)到macros。Macro表示一種選擇的文本。當(dāng)你常用一些顯示方法的時(shí)候，macro就很有用了。Macro可用你在第二單元學(xué)到的atomselect命令創(chuàng)建。atomselectmacronameselection–createsamacroforselection泛素由5個(gè)β折疊和1個(gè)α螺旋構(gòu)成。β折疊在蛋白質(zhì)的伸展態(tài)中扮演重要的角色。要為這些結(jié)構(gòu)創(chuàng)建macro：需要1通過(guò)選擇Main——Extensions——TkConsole.打開(kāi)TkConsole窗口。2在TkConsole窗口中，鍵入atomselectmacrobstrand1{proteinandresid2to6}這就為第一個(gè)β折疊創(chuàng)建了一個(gè)macro，包括殘基2——6。對(duì)于其它的結(jié)構(gòu)，你可以用第一單元介紹過(guò)的sequenceviewer找出哪些殘基是屬于這些結(jié)構(gòu)的，然后創(chuàng)建相似的macros。3確保你現(xiàn)在處于trajectory的第一幀，STRIDE（在VMD中計(jì)算二級(jí)結(jié)構(gòu)的程序）會(huì)確定這一幀的結(jié)構(gòu)4選擇Extensions——Analysis——SequenceViewer菜單就像你在第一單元中學(xué)到的，第二個(gè)顏色欄表示的是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特色，呈現(xiàn)黃色的部分指的是β折疊。5用鼠標(biāo)點(diǎn)擊并且拖動(dòng)第二個(gè)β折疊，使它高亮顯示。這步操作會(huì)在GraphicalRepresentations窗口產(chǎn)生一種新的顯示方法。圖17macros列在GraphicalRepresentation菜單的Selection標(biāo)簽中6在GraphicalRepresentations窗口中，點(diǎn)擊新的顯示法，與選擇相對(duì)應(yīng)的文本會(huì)出現(xiàn)在SelectedAtoms窗口。你會(huì)得到（鏈U和殘基1213141516)圖17macros列在GraphicalRepresentation菜單的Selection標(biāo)簽中7在Tk控制臺(tái)中鍵入atomselectmacrobstrand2{chainUandresid12to16}用此文本來(lái)建立一個(gè)新的macro。這個(gè)macro叫做bstrand2，包括蛋白質(zhì)鏈U的12到16殘基。8注意到sequenceviewerextension定位了5個(gè)β折疊。你已經(jīng)為前兩個(gè)新建了macros；用bstrand2中用到的sequenceextension為剩下的三個(gè)建立macros。一旦macro被建立，你可以在Tk控制臺(tái)中用它，也可以在Representationsselections中用它。.你建立的macros和VMD自帶的macros可以在GraphicalRepresentations的Selections標(biāo)簽中看到。在Singlewords窗口中有macros的列表。單擊一個(gè)macro會(huì)在MacroDefinition中顯示它的定義。雙擊會(huì)選定它，同時(shí)會(huì)在SelectedAtoms中輸出它的定義9刪除用sequenceviewer創(chuàng)建的圖形顯示法。你現(xiàn)在用第三和第五個(gè)β折疊新建一個(gè)顯示法。10在Graphics——Representations菜單中，單擊CreateRep按鈕。11在SelectedAtoms窗口中，刪除其中的文本。12點(diǎn)擊Selections標(biāo)簽，在Singlewords的列表中尋找，直到找到你新創(chuàng)建的macros。13雙擊bstrand3,點(diǎn)擊按鈕or，然后雙擊bstrand5（圖17），再點(diǎn)擊Apply按鈕。14在DrawStyle標(biāo)簽中，選擇NewCartoon表示法，染成黃色。你現(xiàn)在應(yīng)該可以看到β折疊。15現(xiàn)在，用其它3個(gè)β折疊創(chuàng)建一個(gè)相似的表示法。單擊CreateRep鍵，現(xiàn)在，在SelectedAtoms中輸入bstrand1orbstrand2orbstrand4.。鍵入后立刻就可以看到效果。就像你看見(jiàn)的一樣，macro非常有用。當(dāng)你保存已存的文件時(shí)，macros會(huì)被包含在已存文件內(nèi)。Macros。你可以創(chuàng)建一些macros，在根目錄下把它們存成一個(gè)VMD參數(shù)選擇文件.vmdrc（Windows用文件vmd.rc)。在啟動(dòng)VMD的時(shí)候，VMD會(huì)自動(dòng)尋找并且讀出所有macros。要想了解VMD開(kāi)始文件的更多內(nèi)容，參考VMD用戶手冊(cè)。要完成這一部分的學(xué)習(xí)，你將學(xué)習(xí)一個(gè)非常有趣的顯示法，它展現(xiàn)了我們看到的trajectory的關(guān)鍵特征。這種表示法就是氫鍵顯示法。氫鍵。氫鍵可以以多種方式來(lái)穩(wěn)定蛋白質(zhì)，在β折疊骨架原子之間的氫鍵是蛋白質(zhì)彈性的標(biāo)志；它們使蛋白質(zhì)穩(wěn)定，而且，它們?cè)跈C(jī)械力作用下的形成與斷裂賦予蛋白質(zhì)彈性。16通過(guò)選擇betasheet和backbone來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的顯示法。選擇DrawingMethod——Hbonds,把它染成紅色，選擇ColoringMethod——ColorID，在選項(xiàng)內(nèi)，把DistanceCutoff設(shè)為3.2,AngleCutoff設(shè)為30，LineThickness設(shè)為5..你現(xiàn)在可以從這個(gè)伸展?fàn)顟B(tài)的trajectory中看出泛素最重要的特征，你的蛋白質(zhì)現(xiàn)在看起來(lái)應(yīng)該與圖18相似。17保存VMD環(huán)境，這樣如果你想回來(lái)繼續(xù)研究此部分教程，你就不用再重新設(shè)定那些顯示法。保存時(shí)用到你在第一單元學(xué)習(xí)的File——SaveState菜單選項(xiàng)。.重新應(yīng)用保存狀態(tài)。當(dāng)你已經(jīng)保存了一個(gè)系統(tǒng)，你可以用它觀察不同的坐標(biāo)（PDB或者另外的trajectory）。如果它們具有相同的PSF文件，你可以用以下的步驟實(shí)現(xiàn)操作。導(dǎo)入你保存狀態(tài)文件：File——LoadState選擇你以前保存的文件（比如nice-ubiquitin.vmd）打開(kāi)Molecule——DeleteFrames菜單，你需要?jiǎng)h除目前導(dǎo)入的所有幀。默認(rèn)選擇會(huì)執(zhí)行這樣的操作。點(diǎn)擊Delete按鈕。導(dǎo)入新文件yournewtrajectory.dcd到PSF，執(zhí)行菜單為File——LoadDataIntoMolecule.圖18高亮顯示泛素關(guān)鍵的二級(jí)結(jié)構(gòu)圖18高亮顯示泛素關(guān)鍵的二級(jí)結(jié)構(gòu)3.3主菜單動(dòng)畫(huà)工具既然現(xiàn)在你已經(jīng)有了非常好的顯示法，你就可以觀察trajectory的特點(diǎn)。AnimationTools可以幫助你。在主菜單中包含了研究trajectory的所有的動(dòng)畫(huà)工具。它們位于菜單的底部（圖19）。1試著應(yīng)用跳到trajectory的末尾，用回到開(kāi)頭。你可以看到，trajectory的最后和初始狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)的伸展和折疊狀態(tài)。圖19動(dòng)畫(huà)工具圖19動(dòng)畫(huà)工具2再次打開(kāi)waterrepresentation.，回到VMD主窗口，選擇Graphics——Representations菜單，雙擊標(biāo)有文本water的顯示法，將其打開(kāi)。你可以通過(guò)點(diǎn)擊滑塊并來(lái)回拖動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)你的trajectory的操縱。你可以在任何時(shí)候停下，或者以你想要的速度拖動(dòng)。鐺你想看一看一個(gè)trajectory，想測(cè)量一個(gè)有趣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)間時(shí)，這個(gè)功能是很有用的3用滑塊觀察tragectory起始蛋白質(zhì)周?chē)乃肿拥倪\(yùn)動(dòng)。自由能最小化。注意到水盒的形狀從管狀變成球形。要實(shí)現(xiàn)能量最小化，暴露在真空中的水分子要盡可能少，所以水盒要采取球狀構(gòu)型。檢測(cè)一下水形成此種構(gòu)型有多快（每一幀的步長(zhǎng)與10ps相當(dāng)）。4現(xiàn)在，雙擊WaterRepresentation，從GraphicalRepresentations窗口刪除它。這樣做可以更近地觀察蛋白質(zhì)?；瑒?dòng)滑塊，觀察蛋白質(zhì)是怎樣伸展開(kāi)的。你觀察到什么特點(diǎn)了嗎？打斷氫鍵?？匆豢粗虚g黃色的兩個(gè)β折疊。它們靠氫鍵連接在一起。注意β折疊是如何先分離的，這意味著氫鍵首先斷裂。我們?cè)诤竺鏁?huì)進(jìn)一步研究這種相關(guān)性。在Animationtools的下部分，你能找到需要播放一個(gè)動(dòng)畫(huà)所有的必需工具，這些工具不需要滑塊。它是由Play按鈕來(lái)控制的，它可以播放或者倒放。5把trajectory倒放，你認(rèn)為這樣做，蛋白質(zhì)又會(huì)回到自然折疊態(tài)嗎？改變你的動(dòng)畫(huà)播放速度的方式有兩種。你可以用SpeedSlider來(lái)調(diào)節(jié)，你也可以用StepWindow.調(diào)節(jié)步長(zhǎng)，如果步長(zhǎng)值設(shè)為3，動(dòng)畫(huà)會(huì)每3幀播放，這樣它就可以讓播放速度快一些。6把步長(zhǎng)值設(shè)為5，然后播放，可以看到它播放速度快了，但是看起來(lái)不如以前平滑了。然而，當(dāng)你看一個(gè)很長(zhǎng)的trajectory的時(shí)候，這種播放方式就比較方便了。循環(huán)方式。當(dāng)播放動(dòng)畫(huà)的時(shí)候，你可以在StyleChooser中選擇3種循環(huán)方式，它們是Once，Loop和Rock。一個(gè)控制竅門(mén)：回到trajectory的開(kāi)始（第0幀）把步長(zhǎng)數(shù)設(shè)為在trajectory中的總幀數(shù)（100）把style設(shè)為Rock把速度設(shè)為最低播放你現(xiàn)在可以比較trajectory中的第一和最后一幀。這個(gè)訣竅用起來(lái)比點(diǎn)擊Start和End按鈕方便。在AnimationTools左邊的窗口中輸入幀的序號(hào)，可以跳到trajectory中的任意一幀。重新計(jì)算二級(jí)結(jié)構(gòu)。你可以讓VMD用STRIDE一個(gè)新的幀的二級(jí)結(jié)構(gòu)。圖18是在第28幀，通過(guò)在Tk控制臺(tái)中鍵入命令molssrecalctop實(shí)現(xiàn)的。注意：AnimationTools在頂層分子的幀中循環(huán)，但是它可以應(yīng)用到所有活動(dòng)分子中。3.4標(biāo)簽在VMD中，你可以在選定的內(nèi)容上標(biāo)注標(biāo)簽。我們現(xiàn)在就來(lái)感受應(yīng)用標(biāo)簽的樂(lè)趣。標(biāo)簽用鼠標(biāo)選擇。在這個(gè)例子當(dāng)中，我們會(huì)涉及到標(biāo)注原子和鍵的標(biāo)簽，角和二面角也可以標(biāo)注標(biāo)簽。1選擇Mouse——Labels——Atoms菜單項(xiàng)。鼠標(biāo)設(shè)為“DisplayLabelforAtom”模式?，F(xiàn)在你可以點(diǎn)擊你的分子中的任何一個(gè)原子，為它標(biāo)注標(biāo)簽。再點(diǎn)擊一次會(huì)刪除標(biāo)簽。我們現(xiàn)在來(lái)試一試鍵。2選擇Mouse——Label——Bonds菜單，鼠標(biāo)模式選擇為“DisplayLabelforBond”你可以為lysine48和C末端的α碳建立一個(gè)VMDRepresentation。在pullingsimulation中，前者是固定的，后者被500pN的恒力牽拉。K48殘基。在第一單元中提到，多泛素鏈可以通過(guò)一個(gè)泛素分子的碳末端和另一個(gè)泛素分子的K48殘基連接而形成。這個(gè)模擬模仿的是在這種連接中C末端的牽拉力。要想找到這些原子的索引，3在Tk控制臺(tái)中鍵入以下命令，建立一個(gè)包括這兩個(gè)原子的選擇setsel[atomselecttop"resid4876andnameCA"]4獲得索引$selgetindex命令返回的索引值為7701242。PDB和VMD原子編號(hào)。注意在pdb文件中這些原子的編號(hào)是771和1243。VMD從0開(kāi)始計(jì)數(shù)索引，因此VMD可以讀取Representation中的文本數(shù)字。由于VMD并不從PDB文件中讀取索引，這是唯一的例子。其他的關(guān)鍵字，就像殘基，與PDB文件中的一致。5用選擇的索引值7701242新建一個(gè)VDWRepresentation6現(xiàn)在，先后點(diǎn)擊兩個(gè)原子，你應(yīng)該得到連接兩個(gè)原子的一條線，在線的附近顯示的值是兩個(gè)原子之間的距離，單位是埃（圖20）。得到的距離值是本幀中兩個(gè)原子之間的距離值標(biāo)簽。標(biāo)簽的快捷鍵有：1Atoms，2Bonds。你可以用它們來(lái)代替Mousemenu。當(dāng)用這些快捷鍵時(shí)，確保OpenGLdisplay窗口是活動(dòng)的。圖20模擬中固定和被拉動(dòng)的原子的鍵的選擇。兩個(gè)被選擇原子都已用黑色標(biāo)簽標(biāo)注。鍵用藍(lán)色表示，藍(lán)色數(shù)字表示的是兩個(gè)原子之間的距離（埃）圖20模擬中固定和被拉動(dòng)的原子的鍵的選擇。兩個(gè)被選擇原子都已用黑色標(biāo)簽標(biāo)注。鍵用藍(lán)色表示，藍(lán)色數(shù)字表示的是兩個(gè)原子之間的距離（埃）7通過(guò)Graphics——Labels菜單項(xiàng)，你還可以行使另外一些功能。在窗口的左側(cè)（圖21），有一個(gè)下拉菜單，你可以在其中選擇標(biāo)簽的類型（Atoms，Bonds，Angles，Dihedrals）?，F(xiàn)在，設(shè)為Atoms。你可以看到你標(biāo)注的原子的列表。8單擊其中的一個(gè)原子，這個(gè)原子的信息就會(huì)顯示出來(lái)。你可以通過(guò)單擊按鈕來(lái)刪除，隱藏或顯示這些標(biāo)簽。圖21標(biāo)簽窗口注意到這些信息對(duì)于選擇是很有用的。原子信息對(duì)應(yīng)著當(dāng)前幀，當(dāng)幀發(fā)生改變時(shí)，信息也隨之發(fā)生改變。圖21標(biāo)簽窗口9現(xiàn)在，在Label窗口，選擇labeltype為Bonds，然后選擇你要標(biāo)記的鍵。注意到信息只與鍵中的第一個(gè)原子對(duì)應(yīng)，但是Valuefield數(shù)與鍵的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)，單位是埃。單擊Graph標(biāo)簽，選擇你標(biāo)記的原子770和1242之間的鍵。單擊Graph按鈕。這會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)原子之間的距離圖。你也可以把這個(gè)數(shù)據(jù)保存到文件里，操作方法為：?jiǎn)螕鬝ave按鈕，然后用一個(gè)標(biāo)圖程序來(lái)觀察數(shù)據(jù)。xmgrace。VMD用的是二維標(biāo)圖程序xmgrace。這個(gè)程序可以從http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/.下載。在MacOSX中，xmgrace在X11環(huán)境中運(yùn)行。運(yùn)行xmgrace之前要保證X11正在運(yùn)行。10你現(xiàn)在可以關(guān)閉xmgrace或者相應(yīng)的標(biāo)圖程序。泛素去折疊。圖形展示了鍵長(zhǎng)隨時(shí)間的長(zhǎng)度變化。你可以想象為當(dāng)分子被一個(gè)恒力牽拉時(shí)，分子“長(zhǎng)度”的變化圖。注意到曲線的起始部分是平的，就像拉力沒(méi)有影響分子結(jié)構(gòu)一樣。突然，距離有了較大的增長(zhǎng)?？匆豢催@發(fā)生在什么時(shí)候：當(dāng)兩個(gè)黃色的β折疊分離的時(shí)候。這意味著把β折疊結(jié)合起來(lái)的氫鍵是蛋白質(zhì)去折疊的第一個(gè)阻力，一旦氫鍵斷裂了，蛋白質(zhì)以更有規(guī)律的方式去折疊。試著確定在第二次突變中發(fā)生了什么。你會(huì)發(fā)現(xiàn)泛素去折疊的關(guān)鍵