PyMOL使用入門

1、.生物大分子三維結構顯示技術講義PyMOL使用入門耿存亮2012年10月09日1. PyMOL簡介PyMOL是一款生物大分子三維結構顯示軟件，其中“Py”是指此軟件使用Python語言編寫，“MOL”是指Molecule。 PyMOL官網(wǎng)是http:/www.PyMOL.org/，發(fā)展歷史和軟件更新動態(tài)可在此查詢。PyMOL的學習網(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，其實這一個也就夠了。2. PyMOL入門2.1 模式顯示及顏色顯示PyMOL既可以鼠標操作也可

2、以命令操作，但是命令操作可以完成許多鼠標難以完成的任務。下面就以實例來認識一下PyMOL。打開PyMOL軟件后，首先要特別注意的是當前工作路徑。在命令框輸入命令并回車pwd即可顯示當前工作路徑，默認路徑是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命令查看一下當前工作路徑。如下圖所示：pwd: print working direction cd: change direction命令很方便很簡單很神奇吧O(_)O其次要注意的是保證鼠標是三鍵式的，滾輪可用作中鍵。如果像蘋果機一樣只有一個按鍵或

3、沒有中鍵的話，還是趕緊換個鼠標吧。好了，現(xiàn)在下載一個PDB文件，如何下載呢？當然可以去PDB網(wǎng)站/pdb/home/home.do下載，但是打開網(wǎng)頁多麻煩啊，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和纖維素糖鏈的復合物晶體結構，PDB號是7cel，輸入命令fetch 7cel稍等片刻，就會下載完畢并顯示如下：剛才說到三鍵式鼠標，那么三個鍵都有什么用呢？按住左鍵滑動會旋轉結構（rotate），按住中鍵滑動會移動結構（move），按住右鍵滑動會縮放結構（move zoom）。這個不用記，多按幾下就熟了，實在忘了在右

4、下角有提示的，如下圖下載打開7cel 的pdb文件后，在all小框下面會出現(xiàn)7cel小框，后面還跟著幾個按鍵ASHLC，這幾個按鍵后面會一點點介紹。先左鍵點擊一下7cel小框，會發(fā)現(xiàn)結構消失了，被點擊的小框也變暗了，這就是隱藏功能，再點擊一下就會恢復，如下圖所示7cel小框 看到恢復后的結構你一定感到一團糟吧，這都神馬呀！上過王祿山老師的課后，應該清楚PDB文件就是具有一定格式的文本文檔，里面記錄著每個原子的三維坐標值，不信的話可用記事本打開PDB文件看一看。PyMOL所謂的結構顯示就是讀取每個原子的三維坐標，然后用一個點（球）來顯示出來，原子之間的化學鍵用線表示。當然還可以用其他模式的顯示，

5、比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，是不是感覺清爽多了？剛才的操作也可用鼠標完成，如下圖所示點擊7cel小框中的S按鍵，然后再點擊cartoon或者lines、sticks、ribbon等等。假如點擊了lines，你會發(fā)現(xiàn)一團糟的結構又回來了，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該點擊哪里呢？仔細看一下上圖就明了了。同時你也可能明白了S按鍵是Show的意思。命令顯示多種模式show linesshow stickssh

6、ow 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。點擊H中的相應模式，就能使其隱藏。當然了命令也能辦到，比如隱藏lines模式hide lines好了，現(xiàn)在輸入as cartoon只顯示cartoon模式，蛋白的三級結構顯示地很清楚，二級結構中的螺旋、折疊和無規(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置的默認顏色，既然是軟件設置，那么當然可以改成其他顏色。這就要用到C按鍵，C是Color的意思。點擊C按鍵你會看到下圖所示的工具框，其中by element指按元素類型著色，by ch

7、ain按肽鏈著色，by ss按二級結構著色（secondary structure），spectrum是指漸變色，還有red、green等等各種顏色。點擊一下by ss，你會發(fā)現(xiàn)螺旋、折疊和無規(guī)則卷曲顯示成了不同的顏色，這樣顯示整個結構是不是更清楚了。 那么怎么用命令實現(xiàn)著色呢？比如整個蛋白顯示綠色，命令是color green對螺旋、折疊和無規(guī)則卷曲著不同的顏色怎么實現(xiàn)呢？比如螺旋（helix）顯示紅色，折疊（sheet）顯示綠色，無規(guī)則卷曲（loop）顯示藍色，命令是color red,ss hcolor green,ss scolor blue,ss l+想必你猜出來 ss h，ss s

8、的意思了，其實就是選擇二級結構-helix或-sheet，那么ss l+” (這里單引號和雙引號都行)為什么還要寫 +” 呢？ 因為二級結構的分類不僅僅只有這三種，PyMOL為了簡化，就把不是-helix和-sheet的結構全部歸為loop和其他無規(guī)則結構了，所以這里得用 l+” 表示。文獻上的結構圖一般都是白色背景，怎么設置背景顏色呢？ 命令是bg_color white也可以改成其他顏色，但是發(fā)文章默認都是白色背景，在電腦上看一般是黑色背景，這樣設置是有道理的，喜歡探究的同學可以查一下印刷和屏幕的顏色顯示原理。學到此，先復習一下，溫故而知新模式顯示或隱藏as cartoon（lines、s

9、ticks、ribbon、surface、spheres、mesh等等）show cartoonhide cartoon顏色設置color redcolor blue,ss s背景顏色設置bg_color white2.2 選擇命令如果只想選一個原子或一個殘基或一段結構，然后突出顯示，這該怎么辦呢？這個問題很關鍵，這涉及到PyMOL中很重要的選擇命令。比如選擇7cel中的一個催化殘基212位的谷氨酸GLU，命令如下select geng,resi 212Select是選擇命令，后面緊跟一個名字geng，就是給所選擇的殘基起個名字，這個隨便起，然后resi 212是指殘基號為212的殘基，res

10、i是residue id的縮寫。輸入命令并回車后，結構上會顯示出一些粉紅色的點，7cel框下面會出現(xiàn)一個geng框。但是你還是沒看到212GLU的樣子，怎么辦呢？點擊geng框后S按鍵中的sticks，212GLU殘基就會顯示出sticks模式，再點擊C按鍵中的oranges改為桔色，如下圖。這一切也可用命令實現(xiàn) show sticks,gengcolor orange,geng 看出來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誰操作，如果什么都不指定那就是對所有原子進行操作，也就是上一節(jié)學的對整個蛋白改模式改顏色。剛才選擇了212GLU，如何突出顯示并標記出來呢？點擊geng小框L

11、按鍵中的residues，這樣就對212GLU加上了標簽，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，如圖點擊上圖右下角的S按鍵，S指sequence，點擊后會顯示出蛋白序列。剛才選擇殘基是用命令實現(xiàn)的，也可以用鼠標左鍵在蛋白結構或蛋白序列上點擊，點擊中的殘基就會被選中并起名為sele，然后使用A按鍵中的rename selection修改名稱即可，你會發(fā)現(xiàn)被點中的殘基都會顯示出粉紅色的小點?？墒堑侥壳盀橹?，所選擇的最小單位都是殘基，如果只想選擇一個原子或者一條肽鏈，怎么做？鼠標操作的話，首先要修改選擇的單位，仔細看一下右下角是不是有 Select

12、ing Residues，點擊Resdiues，看看都有什么。如果想選擇單個原子，那么點擊到顯示Atoms的時候停下來，如圖 然后再在結構上點擊某個原子，就選中它了。此時不能在序列上點擊了，因為序列只有殘基名沒有原子名。舉一反三，你也可以選擇一個分子、一條鏈、一個C原子等等。用命令怎么實現(xiàn)自由選擇呢？除了能夠根據(jù)殘基號resi進行選擇，還應該有其他的吧？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識符和舉例symbole.Chemical-symbol-list單字母或雙字母的化學元素符號PyMOLselect polar,symbol o+nnamen.Atom-name-list

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

14、tion-identifier-list單字母PyMOLselect altconf,alt a+chainc.Chain-identifier-list單字母或有時是數(shù)字PyMOLselect 007,chain asegis.Segment-identifier-list至多4字母PyMOLselect ligand,segi ligflagf.Flag-number從0到31的單整數(shù)PyMOLselect f1,flag 0numeric_typent.Type-number單整數(shù)PyMOLselect f1,nt. 5text_typett.Type-string至多4字母PyMOLs

15、elect subset,text_type HA+HCididExternal-index-number單整數(shù)PyMOLselect idno,id 23indexidx.Internal-index-number 單整數(shù)PyMOLselect intid,index 11ssssSecondary-structure-type單字母PyMOLselect allstrs,ss h+s+l+學到此，先復習一下，溫故而知新嘛選擇操作select geng,resi 212select geng,resn glu 選擇所有glu殘基并起名為gengselect geng,name c+n+o 選

16、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號殘基2.3 布爾算符和標簽命令中學時學過布爾算符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兩個命令顯然不行，因為它們分別對212殘基的所有原子以及蛋白的所有C原子進行了選擇，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2

17、12和214號殘基的所有原子呢？select geng,resi 212 or resi 214選擇除200-400號殘基外的所有殘基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看一看是不是沒有顯示C原子的標簽。上一節(jié)做標簽是使用鼠標操作的，這里用label命令完成，想隱藏標簽直接輸入label回車即可。如果想知道如何用命令做其他標簽，比如

18、殘基名殘基號，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，基本操作就算學完了，已經(jīng)學過了如何選擇如何顯示各種模式如何著色如何做標簽，一副精美而有科學意義的圖片是由基本命令組合使用完成的，這一點只能多用多練。2.4 Object和selectionPyMOL中還有一點非常重要但是解釋起來挺麻煩，我試著闡述一下。最初下載7cel生成一個7cel小框，后來做選擇時也生成了一個geng小框，這兩者有區(qū)別嗎？可以點擊一下A按鍵，看看兩者顯示的

19、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是實實在在的物體或東西，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從蛋白中消失，對object沒有任何影響，所刪除的只是一個指代名稱而已。管他object還是selection，這對顯示有什么影響呢？很有影響，在一些操作中，這兩個概念區(qū)分不開，常常達不到需要的效果。下面咱們就做幾張精美圖片，組合運用一下基本操作，練練手。2.5 實例操練上面三張圖展示的是噬菌體的一種阻遏蛋白和DNA結合

20、的晶體結構，這個阻遏蛋白結合到DNA后可阻止DNA的表達，PDB號是3cro。下面一步步解釋操作過程刪除7cel結構或所有結構delete 7cel delete all下載PDB 3crofetch 3cro調(diào)整蛋白的姿勢orient點擊S按鍵查看序列中有幾條鏈，或者點擊L按鍵中的Chains使其顯示出來，由圖可知DNA有A和B兩條鏈，還有兩個蛋白分別為L鏈和R鏈。隱藏label直接輸入Label即可。分別選擇DNA和兩個蛋白，并命名為dna,prol,prorselect dna,chain a or chain bselect prol,chain lselect pror,chain

21、r隱藏所有顯示模式hide all設置dna的顯示模式為sticks，設置DNA中的P原子為spheres和cartoon模式。show sticks,dnashow cartoon,name pshow spheres,name p設置兩個蛋白為cartoon模式show cartoon,prol or pror改變兩個蛋白的顯示顏色color red,prolcolor yellow,pror改變背景顏色為白色bg_color white此時是不是已經(jīng)基本顯示出下圖的效果了？ 但好像還有點粗糙。另外，怎么把做好的圖保存下來??？難道要用截圖工具截圖嗎？結構打光并保存圖片ray png 001

22、打光命令ray就像在照相館照相時需要專門的燈光設備，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單，png后面加上你起的任意文件名即可，回車后圖片自動保存在當前工作路徑下，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？無非就是像素調(diào)高一些唄，還是ray命令，不過后面加上橫軸和縱軸的像點數(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)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

23、制作了，很有成就感吧()接下來，咱們來做第二張和第三張圖片看到這兩張圖，可能你會覺得很簡單，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？！怎么這個圖里兩個蛋白表面連到一起了？還有蛋白和DNA的交界面怎么會是裂開的??？還記得前面說過的Object和selection的區(qū)別嗎？前面沒理解的話，在這里會有深刻體會的。前面說過Object是實實在在的物體或東西，而selection不過是一個指代名稱。選擇鏈l為prol，不過是用prol指代3cro中的鏈l，但鏈l和鏈r還是在3cro中，而沒有獨立出來，兩個蛋白鏈l與r和DNA鏈a與b共處在一個object中，它們是一體的，而不是獨立的。既然大家都是一體的，顯示表面時相互之間當然就是連接的，所以只顯示蛋白的表面當然顯示出裂開的蛋白DNA交界面，如果你只顯示prol的話，還會出現(xiàn)裂開的蛋白交接面吶，見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object辦不到，那就獨立門戶各成一體。建立object使用下面的