PyMOL使用入门

1、生物大分子三维结构显示技术讲义PyMOL使用入门耿存亮gengcunlianggmail .com2012年10月09日PyMOL使用入门1. PyMOL 简介PyMOL是一款生物大分子三维结构显示软件，其中“ Py”是指此软件使用 Python语言编写，“ MOL” 是指 Molecule。PyMOL官网是http:/www.PyMOL.org/，发展历史和软件更新动态可在此查 询。PyMOL的学习网站是 http:/www.PyMOL/index.php/Main Page ，若想 用好PyMOL，此网站是必上网站，其实这一个也就够了。一2. PyMOL 入门2.1模式显示

2、及颜色显示PyMOL既可以鼠标操作也可以命令操作，但是命令操作可以完成许多鼠标 难以完成的任务。下面就以实例来认识一下 PyMOL打开PyMOL软件后，首先要特别注意的是当前工作路径 在命令框输入命令并回车pwd即可显示当前工作路径，默认路径是 PyMOL的安装路径。一般不把文件保 存在安装路径下，所以需修改当前工作路径，而且路径不能有汉字，比如改为D盘，输入命令并回车cd d:再用pwd命令查看一下当前工作路径。如下图所示:Edit Build Movi Display Setting Scene Mouse Wizard PlugmibMW I'lUJPPyMOL>ph

3、9;dC:Program Fi 1 es' python?, 7PyMOL RyMOL>pwd'Program Fi 1 es pythanz. PyMOL PyMOL >pwdC:Prcigram Fi 1 espython2. PyMOL pyHOL>cd d:cd: now in D：PyMOL>ph'dPyMOL>|1PyMOL使用入门#PyMOL使用入门cd: change directionpwd: print working direction命令很方便很简单很神奇吧 O(G _A )O其次要注意的是保证鼠标是三键式的，滚轮可

4、用作中键。如果像苹果机一样只有一个按键或没有中键的话，还是赶紧换个鼠标吧。 好了，现在下载一个PDB文件，如何下载呢？当然可以去 PDB网站 /pdb/home/home.do 下载，但是打开网页多麻烦啊，如果能用PyMOL直接下载该多好啊，那就试一试fetch命令吧! 下载纤维素外切酶CBHI和纤维素糖链的复合物晶体结构，PDB号是7cel, 输入命令fetch 7cel稍等片刻，就会下载完毕并显示如下:Mouse Mode S-Euttar* Viewing Buttons LPctas/-*/- HsnuV V F|4 Key® Shft C

5、tTl CtSh SnrlClk DblClkM Move -Sa* Pkfit Ori.fi CantE WheelMWSZMavZMdvE Clip PklClip Menu. PkAt2PyMOL使用入门#PyMOL使用入门刚才说到三键式鼠标，那么三个键都有什么用呢？按住左键滑动会旋转结构（rotate），按住中键滑动会移动结构（move）， 按住右键滑动会缩放结构（move zoom）。这个不用记，多按几下就熟了，实在忘了在右下角有提示的，如下图Mouse Mode 3-Button ViewingButtons L& Keys Rata ShFt +Box Ctrl +/-

6、CtSh Sele SnglCLk +/- DblClk MenuM R Wheel Move MovZ Slab -Box Clip MovS PkAt Pkl MuSZ Orig Clip MovZ Cent Menu-PkAtSelec七in号 ResiduesState 1/1 M <. > I，V F下载打开7cel的pdb文件后，在all小框下面会出现7cel小框，后面还跟着 几个按键ASHLC这几个按键后面会一点点介绍。先左键点击一下7cel小框，会 发现结构消失了，被点击的小框也变暗了，这就是隐藏功能，再点击一下就会恢 复，如下图所示7cel小框冷J网“Lei&qu

7、ot;!CuttET L. 丹 自 U-WI.Il KiuiKahflHannhkwf汕*：<!：''live-H«-xCJipHtiriCt!H.社n.lN.£2i：rP舁Hp".!；<! 1 PNu-jSSkLCJh V *7.上LI旦 HvpiU rfijl aJvEtLrc Fwaadjvi "Steel LZ 1看到恢复后的结构你一定感到一团糟吧，这都神马呀！上过王禄山老师的课后，应该清楚 PDB文件就是具有一定格式的文本文档，里面记录着每个原子的三维坐标值，不信的话可用记事本打开PDB文件看一看。PyMOL所谓的结

8、构显示就是读取每个原子的三维坐标，然后用一个点（球）来 显示出来，原子之间的化学键用线表示。当然还可以用其他模式的显示，比如大 家很熟悉的螺旋飘带模型，在 PyMOL中叫cartoon模式，输入命令并回车as cartoon3PyMOL使用入门#PyMOL使用入门看着熟悉的a螺旋和B折叠，是不是感觉清爽多了? 刚才的操作也可用鼠标完成，如下图所示#PyMOL使用入门#PyMOL使用入门点击7cel小框中的S按键，然后再点击 cartoon或者lines、sticks、ribbon 等等。假如点击了 lines，你会发现一团糟的结构又回来了，而cartoon模式没有#PyMOL使用入门消失。是的

9、，这就是show和as的不同，show是指显示一种或多种模式，而 as 是指只显示为一种模式。as该点击哪里呢？仔细看一下上图就明了了。同时你 也可能明白了 S按键是Show的意思。命令显示多种模式show linesshow sticksshow ribbon怎么隐藏不想显示的模式呢？H按键就能办到，H是Hide的意思。点击H中的相应模式，就能使其隐藏。当然了命令也能办到，比如隐藏lines模式7celhide linesHide;lings sticks ribbon eairtaan1 obc 1 cell nonbcnd&dspheres spheres mesh surfac

10、e 时唇丄n eha丄n siiJe chain Tatars好了，现在输入as cartoon只显示cartoon模式，蛋白的三级结构显示地很清楚，二级结构中的a螺旋、B折叠和无规则卷曲也很清楚地显示了。咦？怎么蛋白是绿色的？难道蛋白真的是绿色的吗？蛋白到底是什么颜色我不清楚，这里显示的颜色是软件设置的默认颜色，既然是软件设置，那么当然可以改成其他颜色。这就要用到 C按键，C是Color的意思。点击C按键你会看到下图所示的工具框，其中by element指按元素类型着色， by cha in 按肽链着色，by ss 按二级结构着色 (sec ondary structure)，spectru

11、m 是 指渐变色，还有red、green等等各种颜色。点击一下by ss,你会发现a螺旋、B折叠和无规则卷曲显示成了不同的颜 色，这样显示整个结构是不是更清楚了。allDBDIIF7cel 1/1Color：II1II1by elementby chain by sspectr n11auto111redsgreens11II1111magentas cyans ranges tints graysdllMixise Made- 3-£ut ton Vlfejlng： Buttons L M R Uheel a Kc-msflat-aHave-Msm-ZSl-abGhl-1+Ddm-

12、DokClipiHowGCtrl*/-PkAtPK1HmSZCtShSeleDrieClipMowZnelClk */- Dant MenuDbLClk Husnu - Pfcfit Selectinc Rasidu.es 缸就j J/ t那么怎么用命令实现着色呢？比如整个蛋白显示绿色，命令是color green对a螺旋、B折叠和无规则卷曲着不同的颜色怎么实现呢？比如a螺旋（helix）显示红色，B折叠（sheet）显示绿色，无规则卷曲（loop） 显示蓝色，命令是color red,ss hcolor green,ss scolor blue,ss l+想必你猜出来ss h, ss s的意

13、思了，其实就是选择二级结构 a -helix或B -sheet，那么ss 1+”（这里单引号和双引号都行）为什么还要写+”呢？因为二级 结构的分类不仅仅只有这三种，PyMOL为了简化，就把不是a -helix和B -sheet 的结构全部归为loop和其他无规则结构了，所以这里得用1+”表示。文献上的结构图一般都是白色背景，怎么设置背景颜色呢？命令是bg color white也可以改成其他颜色，但是发文章默认都是白色背景，在电脑上看一般是黑 色背景，这样设置是有道理的，喜欢探究的同学可以查一下印刷和屏幕的颜色显 示原理。学到此，先复习一下，温故而知新模式显示或隐藏as cartoon （li

14、nes、sticks、ribbon、surface、spheres mesh等等）show cartoonhide cartoon颜色设置color red color blue,ss s背景颜色设置bg color white2.2选择命令如果只想选一个原子或一个残基或一段结构，然后突出显示，这该怎么办 呢？这个问题很关键，这涉及到PyMOL中很重要的选择命令。比如选择7cel中的一个催化残基212位的谷氨酸GLU,命令如下select geng,resi 212Select是选择命令，后面紧跟一个名字geng,就是给所选择的残基起个名字， 这个随便起，然后resi 212是指残基号为212

15、的残基，resi是residue id的缩写。输入命令并回车后，结构上会显示出一些粉红色的点，7cel框下面会出现一 个geng框。但是你还是没看到212GLU的样子，怎么办呢？点击geng框后S按键中的sticks，212GLU残基就会显示出sticks模式，再点 击C按键中的oranges改为桔色，如下图。这一切也可用命令实现show sticks,gengcolor orange,geng看出来给所选残基起名字的好处了吧，这样就可以在命令中指定对谁操作， 如果什么都不指定那就是对所有原子进行操作， 也就是上一节学的对整个蛋白改 模式改颜色。Ml LS H|L|MQUtt3-Viewing

16、Duttons L M R Wheel ft Kiy «：MeusMeuE 51GhFt *Bom -Bdx Clip HdmS Ctrl */- Fk.At Fkl MuSZ Ct'ahi Stic iOri( Clip MomZ SnclClk */- Cent Menu.DulClk He - PkAt Selecting Residuie>E State 1Z 1IMK 1 W刚才选择了 212GLU,如何突出显示并标记出来呢？点击geng小框L按键中的residues，这样就对212GLU加上了标签，L就是 Label的意思。然后输入命令zoom geng这样

17、就突出显示212GLU残基了，如图4117C&1的“.，M9u.fi* Moa« 3-3u.ttofi ViMavZCHp PHI 匚1“ButtonsN曳畑护RataHweShrt-BoxCtrl*/-FkjACtEhSa Ladr-if.SntlClk+z-tfalClhMenu-Select丄呼 ResiduesSt-ste 1/ iHhetl Slab HumS HuSZ Hd Z!点击上图右下角的S按键，S指sequenee,点击后会显示出蛋白序列。刚才 选择残基是用命令实现的，也可以用鼠标左键在蛋白结构或蛋白序列上点击，点 击中的残基就会被选中并起名为 sele,

18、然后使用A按键中的rename selection修 改名称即可，你会发现被点中的残基都会显示出粉红色的小点。可是到目前为止，所选择的最小单位都是残基，如果只想选择一个原子或者 一条肽链，怎么做？鼠标操作的话，首先要修改选择的单位，仔细看一下右下角 是不是有Selecting Residues点击Resdiues看看都有什么。如果想选择单个原 子，那么点击到显示Atoms的时候停下来，如图Selecting ResiduesState 1/1Salscting! . . 1屠. .口 1AtomsState1/1然后再在结构上点击某个原子，就选中它了。此时不能在序列上点击了，因 为序列只有残基

19、名没有原子名。举一反三，你也可以选择一个分子、一条链、一个 Ca原子等等。用命令怎么实现自由选择呢？除了能够根据残基号resi进行选择，还应该有其他的吧？是的，这东西叫属性选择符，列表如下属性选择符缩略形式标识符和举例symbole.Chemical-symbol-list单字母或双字母的化学元素符号PyMOL>select polar,symbol o+nn amen.Atom-name-list蛋白和核酸中至多4字母的原子符号PyMOL>select carb ons,n ame ca+cb+cgresnr.Residue-name-list3字母的氨基酸符号PyMOL>

20、select aas,res n asp+glu+as n+gl n 或至多2字母的核苷酸符号PyMOL>select bases,res n a+gresii.Residue-ide ntifier-list至多4位数的残基号PyMOL>select boy,resi 1+10+100+1000Residue-ide ntifier-ra ngePyMOL>select boy,resi 1-10altaltAlternate-co nformatio n-ide ntifier-list 单字母PyMOL>select altco nf,alt a+cha inc.

21、Chai n-ide ntifier-list单字母或有时是数字PyMOL>select 007,cha in asegis.Segme nt-ide ntifier-list 至多4字母PyMOL>select liga nd,segi ligflagf.Flag-nu mber 从0到31的单整数PyMOL>select f1,flag 0nu meric_typent.Type-nu mber 单整数PyMOL>select f1,nt. 5text_typett.Type-stri ng至多4字母PyMOL>select subset,text type

22、HA+HCididExter nal-in dex-nu mber 单整数PyMOL>select idn o,id 23indexidx.Intern al-in dex-nu mber 单整数PyMOL>select in tid, in dex 11ssssSec on dary-structure-type 单字母 PyMOL>select allstrs,ss h+s+l'+ 学到此，先复习一下，温故而知新嘛选择操作select geng,resi 212select geng,resn glu选择所有 glu残基并起名为 gengselect geng,n

23、ame c+n+o 选择所有 c、n、o 原子并起名为 geng select geng,chain a选择 a 链并起名为 geng突出显示zoom resi 212突出显示212号残基2.3布尔算符和标签命令中学时学过布尔算符and/or/not，在PyMOL的选择命令中布尔算符非常有 用。比如选择7cel中212GLU残基的Ca原子，怎么选？select geng,resi 212和select geng,name ca两个命令显然不行，因为它们分 别对212残基的所有原子以及蛋白的所有 Ca原子进行了选择，而不只是212GLU 的C a原子。可以这样做select geng,resi

24、212 and name ca那么如何选择212和214号残基的所有原子呢?select geng,resi 212 or resi 214选择除200-400号残基外的所有残基select geng,not resi 200-400color white,geng 显示一下被选中的残基选择212和214号残基的非Ca原子select geng,resi 212+214 and not name cahide allshow sticks,genglabel geng,name看一看是不是没有显示Ca原子的标签。上一节做标签是使用鼠标操作的，这里用label命令完成，想隐藏标签直接 输入lab

25、el回车即可。如果想知道如何用命令做其他标签，比如残基名残基号，甚至自己起的名字, 可以输入help label10PyMOL使用入门然后你能看到下图所示的帮助信息了。其他命令的帮助信息也可通过同样的方式 获得，比女口 help color、 help select、help show等等。11PyMOL使用入门#PyMOL使用入门label ESCRIPTICN"1 abeV 1 aDel5 one or mare atoms ini a selection by evaluatlng an expression referencing properties for each ar

26、offi,.USASEla&el selection eKprsslon WGlWEfflTSsel e 匚上"iiani = Etringr a sei ect Ti or-ex pr es s 1 onexpressWn = str 1 no； a pyrhon expreislon that can be converted t& <3 strlngiEXAMPLES14bel chaia af chainlabel name caB,BKs-*!W5,!，簿(resii.resi)1 abel resi 200 f "Ml* 3f"

27、% 'partial_cFiargeNOTESThe symbols defined in the 1 abell name 占口ace for 社iauki atoni are:fiameb resi resni. resv-r chain segi model + aR|. qia R3t i:ype3lndtKP rariik, idp ssb wdw. elee_rr-did,iu51 1 ab-el, el*P flagsp colori cartoonP valenceP formal_chargep partial_chargteP numeric.type text_t

28、yipeH stereoAin springs in the expression must toe explicitly quoiztcl,Thi s operatl on typii call y takes sever all s ecands per thous-and atoms label ledl.t& dear labels,. sWly offllr the expression or set It to 1",PyMCL> "到此为止，基本操作就算学完了，已经学过了如何选择如何显示各种模式如 何着色如何做标签，一副精美而有科学意义的图片是由

29、基本命令组合使用完成 的，这一点只能多用多练。2.4 Object和 selectionPyMOL中还有一点非常重要但是解释起来挺麻烦，我试着阐述一下。最初 下载7cel生成一个7cel小框，后来做选择时也生成了一个 geng小框，这两者有 区别吗？可以点击一下A按键，看看两者显示的工具框是否不一样，如下图所示find.align.generaterename bjeCt- duplicate object delete objectI hydrogens stateIasking sequence rnSvementiuefnput 曰PyMOL中管7cel叫Object，而所做的选择叫se

30、lection。两者什么区别呢?Object是实实在在的物体或东西，而 selection是一种虚指。Object删除后， selection也就消失了；而selection删除后被选择的原子不会从蛋白中消失，对 object没有任何影响，所删除的只是一个指代名称而已。管他object还是selection，这对显示有什么影响呢？很有影响，在一些操作中，这两个概念区分不开，常常达不到需要的效果。下面咱们就做几张精美图片， 组合运用一下基本操作，练练手。2.5实例操练上面三张图展示的是 入噬菌体的一种阻遏蛋白和 DNA结合的晶体结构，这 个阻遏蛋白结合到DNA后可阻止DNA的表达，PDB号是3c

31、ro。下面一步步解释操作过程删除7cel结构或所有结构delete 7celdelete all下载 PDB 3crofetch 3cro调整蛋白的姿势orient点击S按键查看序列中有几条链，或者点击L按键中的Cha ins使其显示出来, 由图可知DNA有A和B两条链，还有两个蛋白分别为L链和R链。隐藏label直接输入LabeI即可。chain ABAAin分别选择DNA和两个蛋白，并命名为dna,prol,prorselect dna,chain a or chain bselect prol,chain lselect pror,chain r隐藏所有显示模式hide all设置dna

32、的显示模式为sticks，设置DNA中的P原子为spheres和cartoon 模式。show sticks,dnashow cartoon,name pshow spheres,name p设置两个蛋白为cartoon模式show cartoon,prol or pror改变两个蛋白的显示颜色color red,prolcolor yellow,pror改变背景颜色为白色bg color white此时是不是已经基本显示出下图的效果了？但好像还有点粗糙。另外，怎么把做好的图保存下来啊？难道要用截图工具截图吗？结构打光并保存图片ray png 001打光命令ray就像在照相馆照相时需要专门的灯

33、光设备，这里 ray打光后, 图像显示出景深和立体效果，更加逼真和精美。保存图片命令非常简单，png后面加上你起的任意文件名即可，回车后图片 自动保存在当前工作路径下，图片文件格式是 png,看看后缀就清楚了。注意当 前工作路径在哪里，还记得 pwd命令吧O(G _n )0高清大图怎么做呢？无非就是像素调高一些呗，还是ray命令，不过后面加上横轴和纵轴的像点数ray 2000,2000png 002看一看是不是高清多了，文件也大多了。如果 ray后不加参数的话，那么就 以PyMOL软件窗口的大小作图，你调的窗口大它就大，你调的小它就小。好了，现在咱们已经完成第一张精美图片的制作了，很有成就感吧(A A) /接下来，咱们来做第二张和第三张图片看到这两张图，可能你会觉得很简单，不就是把蛋白show出surface模式吗？可是如果真的这么做show surface,prolshow surface,pror会发现效果竟然是下面这张图咦，这是什么情况？！怎么这个图里两个蛋白表面连到一起了？还有蛋白和 DNA的交界面怎么会是裂开的啊？还记得前面说过的Object和selection的区别