入门教程

2024-06-04 20:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

入门教程¶

主要讲述PyMOL中常见的图形界面（鼠标）操作

PyMOL软件界面介绍¶

PyMOL 软件界面如下图所示，主要由2部分组成。第一部分是菜单窗口和第二部分是显示窗口。 PyMOL2 和PyMOL1一个明显区别: 在PyMOL2中，这2部分默认是一个整体，在PyMOL1中这2部分是分开的。在Display->Toggle Floating 可以拆分这2个窗口，快捷键是Ctrl+E, 刚开始PyMOL的界面主要是通过tkinter实现的，在PyMOL2中逐渐采用PyQT技术实现。和PyMOL1 相比，PyMOL2 表现能力更强，功能更多，本教程以PyMOL2为例进行讲解，大部分内容也适用于PyMOL1.

窗口1：整合了PyMOL的各个功能，主要包含如下部分

1.1 菜单窗口 1.2 操作记录显示窗口 1.3 命令输入窗口 1.4 常用命令集成面板

窗口2：分子操作和显示窗口，主要包括如下部分：

2.1 可视化窗口 2.2 命令输入窗口 2.3 分子对象列表窗口 2.4 模式窗口

注解

本节教程是有顺序的。

窗口拆分和合并¶

在Display->Toggle Floating 可以拆分这2个窗口，快捷键是Ctrl+E,

PyMOL内置的超强可视化示例¶ 文本教程¶

打开PyMOL,点击1.1菜单窗口的Wizard菜单，然后点击Demo->Representations 然后在2.3 对象窗口和 2.4模式窗口之间会出现各种示例：

Representations Cartoon Ribbons Roving Detail Roving Density Transparency Ray Tracing Sculpting Scripted Animation Electrostatics CGOs Molscript/R3D Input End Demonstration 关闭示例

从中我选择了几个示例图片展示下：

Fig 1. Representations

Fig 2. Transparency

Fig 3. Electrostatics

Fig 4. R3D

从这些示例中，我们可以感受到PyMOL的强大表现能力。

视频教程¶ 设置和查看工作路径¶

点击1.1菜单窗口 File->Working Directory->Change 可以查看现在的工作目录在哪里，也可以设置新的路径作为工作目录。

工作目录的作用：默认文件的打开和保存都是从该文件开始。下载文件的保存位置也是在工作目录。

工作目录设置习惯

建议： 1. 不同项目设置不同的工作目录设置一个默认工作目录不要把工作目录设置在软件安装目录双击PDB文件打开PyMOL,会自动切换工作目录到该PDB文件所在目录。从软件安装处打开PyMOL, 则工作目录为软件安装目录

这里我设置工作目录为 D:\PyMOLstartedManual

下载蛋白¶

从PDB网站上下载蛋白，如 4hbk.pdb, 也可以直接通过PyMOL 下载蛋白，点击菜单栏中的 File->Get PDB,如下图图所示, 在PDB ID 对应的框中填入PDB的编号就可以了，不要包含后缀.pdb 。

点击Download，你会发现PyMOL会自动加载该蛋白，在工作路径 D:\PyMOLstartedManual 下面出现 4hbk.cif 文件，随着PDB解析的结构越来越大，PDB格式文件的局限性就暴露出来，不能超过9999个原子，因此正在逐渐用cif 格式取代pdb 格式。

视频教程¶

蛋白结构的加载和展示

蛋白的展现形式(show)¶ 文本教程¶

在2.3对象列表窗口中，我们可以看到现在有2个object 名字，

1个是all, all 不是真实的object,它代表了所有的object 1个是4hbk, 4hbk 就是我们刚刚载入的蛋白

每个object 都有对应的A S H L C操作,如下图所示：

Action 主要包含了对object的常用操作的集合，如复制、删除object,对object加氢，展示Object等，

更多详情参见蛋白对象的Action操作。 - Show 将object 渲染成cartoon 、line、stick lines sphere surface mesh dots ribbon 等模式 - Hide 根据object的状态或者描述进行相应的掩藏 - Label 显示object中残基原子等名称或者属性 - Color 对Object 进行着色

下面对Show 着重讲解： show 有2类操作方法：

show as 分别点击S->as->cartoon 和S->as->stick, 我们可以观察到AS模式是把原有的渲染模式抹除后再重新渲染，经过上述操作后仅仅显示stick形式 show 点击S->as->cartoon 再点击S->stick; 我们可以观察到SHOW方法，是保留原有的渲染，再添加新的渲染。

我们先对4hbk object点击 S->as->cartoon,然后点击S->as->stick,效果如图Fig5

我们先对4hbk object点击 S->as->cartoon,然后点击S->stick,效果如图Fig6

Fig 5. as stick

Fig 6. stick

大家可以下载demo1的示例蛋白文件 demo1_pp.pdb，点此 pdb 下载。

然后在PyMOL中点击File -> Open-> demo1_pp.pdb 打开该文件。

点击 S->as->lines 点击 S->as->sticks 点击 S->as->spheres 点击 S->as->surface 点击 S->as->mesh 点击 S->as->dots 点击 S->as->ribbon 点击 S->as->cartoon

观察该分子对象的不同形态,如图1所示。

视频教程¶ 蛋白对象的简单平移、旋转、缩放¶

首先将鼠标移动到2.1可视化窗口

平移，按住鼠标中键不放，然后上下左右移动，进行体会，蛋白会随着鼠标而移动旋转，按住鼠标左键不放，然后上下左右移动鼠标，蛋白会进行旋转缩放，按住鼠标右键不放，然后上下移动，蛋白会进行缩放切割滚动鼠标中键，建议将蛋白渲染成surface模式，然后滚动鼠标中键

当软件不能正常使用上述操作，可以点击

File->Reinitialize->Original Settings (推荐) File->Reinitialize->Everything 注意的是该操作会删除当前所有的Object, 蛋白对象的action操作¶

对于4HBK体系里面没有小分子，一些相互作用操作不方便演示,我会在在后面进行更详细的讲解。

第一部分：常用显示操作

点击 A->preset->simple 显示蛋白的简单形式点击 A->preset->ball and stick 显示球棍模型

效果如下图所示：

点击 A->preset->b-factor putty 基于bfactor数值显示蛋白的柔性点击 A->preset->publication 高质量出版标准

第二部分对象的操作

删除水分子 A->remove waters 该操作属于红色警告操作，不可逆操作。删除水分子后，无法通过Ctrl-Z进行撤销。增加删除氢原子在line和stick 模式下面可以看到H原子，cartoon模式下面看不到氢原子因此在line或者stick模式下，执行下述操作。 A->Hydrogens->remove 删除所有氢原子 A->Hydrogens->add 增加所有氢原子 A->Hydrogens->remove non polar 删除所有非极性氢原子，我们可以看到C上的氢原子全部被删除 A->Hydrogens->remove 再次删除所有氢原子 A->Hydrogens->add polar 增加极性氢原子

第三部分对象的复制（追加）剪切删除重命名

复制 A->Copy to object->new 我们会得到一个名为new的object,为了和4hbk object 进行区分。对4hbk 的obect 点击C->cyan 和S->AS ->cartoon 对obj01 点击 C->green 和S->as->stick 复制追加 (object1)A->Copy to object-> 同时打开两个文件，得到object1 和object2。对object1点击A->Copy to object-> object2。这时候object2就包含了object1, 可以删除object1。重命名 obj01-> 4hbk_02 对obj01 点击A->rename object 删除 A->delete object 剪切适合选中的对象 A->Extract

我们可以通过剪切的操作把配体和蛋白分开，首先选中配体，然后点击A->extract object 就可以了，原来结构中的配体就跑到obj01中了，这样就分开了蛋白和配体。

第四部分 Action->generate 操作

显示蛋白的静电势图 Action->generate->vacuum_electrostatics->protein contact potential 就可以了查看小分子和蛋白的氢键作用¶

由于4hbk 蛋白中没有小分子，这里我以 PDB id: 为例演示。点击 A->preset->ligand sites 效果如图所示，其中黄色的虚线就是氢键。

对标注的氢键，查看距离和角度，进一步确定氢键的合理性和强度。

查看小分子和蛋白的相互作用，推荐软件 schrodinger中ligand interaction。制作相互作用的二维图，根据提示，然后再在pymol确认并绘制这些相互作用。

查看受体和配体之间的极性作用¶

鼠标选中配体，出现“sele” object,然后点击action->find polar contacts->to other atom in object.

注解

to other atom in object: 受体和配体之间的相互作用

to any atom：同时考虑受体和配体之间的作用，以及配体内的极性作用。

蛋白对象的Hide操作¶

和remove delete 操作相比，hide操作更加温和，把不需要的东西暂时掩藏起来，通过Show 可以重现显示出来。我们先上述方法，构建4hbk 和4hbk_02 两个object，这一次把4hbk 设置成cyan 颜色的cartoon, 4hbk_02设置成green颜色的ribbon，如图所示。如果要掩藏4hbk_02,有2种方法 - 对4hbk_02 点击H->ribbOn - 直接点击4hbk_02的名字

查看该结构的序列(Sequence)¶

点击左下角的S，即可显示蛋白的序列信息，如图所示,再点击一次S，则掩藏序列信息。 S是单词Sequece的缩写。

选择蛋白的特定残基¶

我们通过软件 D3Pockets 可以确定4hbk中口袋中氨基酸残基的组成：

ILE15-TRP20, TYR39, ASP43-ALA45, VAL47, TYR48, LYS77, TRP79, ASN80, LEU108, HIS110, TRP111, LEU115, PHE122, LEU130, SER159, ASN160, GLN181, GLU183, HIS185, 185 207 208 209 210 211 222 223 240 241 243 244 255 256 257 258 263 264 266 267 270 292 293 294 295 298 306 我们点击Sequence,并将Selecting模式切换为residues,然后基于残基编号进行选择。把上述残基选中以后会临时保存在sele的object中，我们把它复制到obj01的Object中，并重名为Pocket,然后对Pocket的Object，显示其表面，结果如图所示。选择感兴趣的object周围4A的氨基酸残基¶ step1. 鼠标点击感兴趣的object,在右侧窗口出现sele的object step2. 点击 sele 旁边的A(action)->modify ->around ->residues within 4A 蛋白对象的着色操作¶

pymol中内置了多种不同的着色方案,如图所示：

按照原子类型着色

点击object上的 C按钮 -> by element

按照二级结构着色

按照b-factor着色

按照整体着色

设置背景颜色¶

背景颜色默认是黑色的，发表文章的时候背景颜色通常设置为白色。 | 点击菜单栏中的 Display->background->white 如图所示：

制作b-factor-value 图¶

点击A->preset->b-factor putty，如下图所示：

对象的Label操作¶ 添加label¶

选择需要Label的对象 | 然后点击对象上的L按钮，根据需要，可以标记残基的名字，原子的名字，范德华半径、元素的名字等。

1. L->residue 在α碳原子上标记其残基名字和编号（常用） 2. L->residue name 在所有原子上标记残基名字（不常用） 3. L->clear 删除该对象上所有的Label 4. L->element symbol 显示对象上所有原子的元素名字 5. L->vdw radius 产看原子的范德华半径

对于蛋白醛糖还原酶（PDB ID: 4HBK）,我们在UniProt 数据库中查询得到，其口袋中的重要残基有： TYR48、LYS77 和 HIS110。

我们对这三个残基展示其为stick模式,并掩藏主链，并通过label按钮标注其氨基酸残基的名字。移动Label，使其更加清晰可见。具体操作流程如下:

1. 载入4hbk 蛋白 2. 在4hbk object 上点击 S->as cartoon 3. 点击右下角的sequence开关按钮，选择 TYR48 LYS77 HIS110 三个残基，得到sele 临时object 4. 在sele object 上点击 S->stick, H->main chain 5. 在sele object 上点击 L->residue 6. 设置背景为白色，点击菜单栏中 Display->background->white 7. 点击Mouse Mode 切换为 editing 模式 8. 按住ctrl键不放，然后将鼠标移动到残基标签上方，并按下鼠标左键不放，然后移动鼠标，就可以调整标签的位置。 9. 调整结束后，点击Mouse Mode 切换为 view 模式

效果如下图所示：

移动标签label¶

以PDB ID: 1w22蛋白为例，为其中的锌离子添加标签。

注意

注解

sphere模式下不能添加label；借用PS中复制图层的概念。为锌离子添加label。

step1 选中锌离子； step2 复制锌离子；仅仅显示该object,并显示为lincore模式 step3 添加label; 进入edit模式，按住ctrl移动label. step4 显示所有的object.

操作如下面的动画所示。

点击查看动画教程

设置label的样式¶ 调整配体的位置¶

pymol中包含配体和蛋白，如何调整配体和蛋白的相对位置。

以PDB ID: 1hkv 为例，其中配体小分子为PLP

step1 打开蛋白文件，定位到想要移动的配体。 step2 extract 操作，提取配体为新的object。 step3 对蛋白进行固定（最大化窗口），A(ACTION)->MOVEMENT->PROTECT step4 在edit模式下，按住shit 就可以通过鼠标移动配体。

操作如下面的动画所示。

点我查看教程动画

调整修改二面角¶ step1 Mouse Mode调整到edit模式; step2 按住ctrl+鼠标右键点击需要修改的二面角的中间键，需要转动左边，就点击左边。需要转动右边，就点击右边。 step3 按住ctrl+鼠标左键，上下移动鼠标，调整二面角； step4 调整到想要的二面角，Mouse Mode调整到view模式; 测量距离¶

点击菜单栏中的Wizard->Measurement 就可以进行距离测量。然后分别选择两个2个原子就可以显示这2个原子的距离。

比如我们想测定TYR48中侧链上的O原子到Lys77侧链N原子的距离，如下操作即可：

1. 点击Wizard->Measurement；打开了Measurement 面板，位于object list面板下方； 2. 鼠标点击TYR48侧链上的O原子和 LYS77 侧链上面的N原子； 3. 如要测定其他2个原子的距离，鼠标继续点击选择2个原子就可以了； 4. 测定完成后，点击Measurement 面板中的done 就可以了。

效果如图所示：

作业：

1. 测定TYR48的α碳原子和LYS77的α碳原子的距离？答案是11.6A

默认测定的距离是保留1位小数，如果想要显示2位小数，可点击菜单栏中的Setting->Edit All, 然后搜索label_digits，找到该索引，并把后面的数值设置为2就可以了。如图所示：

测量角度¶ 点击菜单栏中的Wizard->Measurement，打开measurement 面板，默认是测量距离的模式。点击Measuremnet 面板中Distances按钮，将Measurement Mode从Distances 模式切换到Angles模式。然后依次选择3个原子，如ABC,则可以测出角度Measurement；打开了Measurement 面板，位于object list面板下方； 2. 点击Measuremnet 面板中Distances按钮,切换到Angles按钮； 2. 鼠标依次点击 LYS77 侧链上面的CE原子、N原子和TYR48侧链上的O原子，完成测定 4. 测定完成后，点击Measurement 面板中的done 就可以了。 5. 调整Label的位置，保存图片。

效果如图所示：

测量二面角¶

同测量距离和角度的操作，只需要将测量模式切换为Dihedrals。

测量环的距离¶

同测量距离和角度的操作，只需要将测量模式切换为Dihedrals。

该模式是用来测量两个环中心的距离，所以选择的2个原子必须位于环上，如苯环、环己烷、N杂环等。否则将按照Distances模式进行处理。突变氨基酸残基¶

如把4hbk 中的arg-40 突变成 lys-40,

在菜单中点击wizard->mutagenesis->protein 设置透明度¶

鼠标操作只能基于显示模式进行设置，如：cartoon surface sphere stick等

1. 将cartoon 设置成透明的，透明度50%；点击菜单栏中的Setting->Transparency->cartoon->50%; 2. 将Surface 设置成透明的，透明度50%；点击菜单栏中的Setting->Transparency->surface->50%; 3. 将Stick 设置成透明的，透明度50%；点击菜单栏中的Setting->Transparency->stick->50%; 4. 将sphere 设置成透明的，透明度50%；点击菜单栏中的Setting->Transparency->sphere->50%;

除了可以设置透明度外，还可以设置透明的方式，有如下几种透明模式：

1. Uni-layer; 点击菜单栏中的Setting->Transparency->Uni-layer 2. Multi-Layer; 点击菜单栏中的Setting->Transparency->Multi-Layer 3. Multi-Layer(real time oit); 点击菜单栏中的Setting->Transparency->Multi-layer(real time oit) 4. Fast-ugly; 点击菜单栏中的Setting->Transparency->Fast-ugly

在Label操作中，我们将整个蛋白展示为cartoon,并将HIS 等3个残基展示为stick模式; 这时候我们设置cartoon为透明50%，用4种不同的透明模式渲染，效果如下：

Fig 1. Uni-layer 透明效果

Fig 2. Multi-Layer 透明效果

Fig 3. Multi-Layer(real time oit)

Fig 4. Fast-ugly

雾化(fogging)处理¶

PyMOL中支持各种雾化处理，保证depth_cue是开启的。

前面清晰，后面雾化可通过滚动鼠标中键进行调节。

向上滚动，雾化程度减轻；向上滚动，雾化程度加深。

Fig 1. fogging 效果

Fig 2. unfogging 效果

完全不想要雾化处理，可以点击 Display->Depth cue (Fogging) 取消。

或者使用命令关闭。

set depth_cue, 0 设置不同的光照模式¶

PyMOL2 中内置5种不同的光照模式：default, metal(金属), plastic(塑料), rubber(橡胶), X-ray。

点击Plugin->lighting Settings进行设置不同的光照,如下图所示图。

除了默认的5种模式外，你也可以通过设置光源的参数，达到自己想要的效果。

下面，我们查看蛋白的静电势表面在不同光照模式下的效果。

Fig 1. Default光照效果

Fig 2. Metal光照效果

Fig 3. Rubber光照效果

Fig 4. Xray光照效果

选择模式：¶

根据不同的需求，切换到不同的选择模式，快速选择自己想要的原子：

1. Residues 残基选择模式 2. Atoms 原子选择模式 3. Molecules 分子选择模式 4. chain 链选择模式 5. Objects 模式 6. C-alphas α碳原子模式 7. Segments 片段模式

我们先将蛋白Show->as wire;然后把MET-1第一个氨基酸残基show stick;如图所示，

我们切换到不同的模式，选择甲硫氨酸上的硫原子。

Fig 1. atoms模式下点击硫原子的效果

Fig 2. res模式下点击硫原子

Fig 3. chain模式下点击硫原子

Fig 4. mol模式下点击硫原子

从上图我们也可以看到，不同模式的区别。这里我简单解释下:

res模式：我们点击的是硫原子，硫原子所在的res是MET-1,因此选中的是MET-1 chain模式：我们点击的是硫原子，硫原子所在的chain A,因此选中的是所有属于chain A的原子。 mol 模式：我们点击的是硫原子，pymol 中是通过共价键来区分是否属于一个分子，4hbk 蛋白中间缺失了部分残基，整个蛋白分成了2部分。这里选择的是硫原子所在的那一部分。保存或者导出结果¶

PyMOL 和 PhotoShop 有点类似，PyMOL中的Object 类似于 PhotoShop中的图层。

PyMOL 可以将会话保存为pse文件，File->Save Session；pse 文件类似于PS中的psd文件，方便修改调整。 PyMOL 可以将object 导出为结构文件，File->export molecule，然后从selection的下拉框中选择需要导出的object, all 代表所有的object; enable 代表的可见的object; 保存图片，File->export image as->png; 在新版本的，可以使用右上角的Ray/Trace按钮，设置图片大小分辨率，进行保存图片。

4. 保存动画，File->export movie as->mpeg; PyMOL仅仅内置了 mpeg_encode 编码视频方式，默认只能保存mpg格式的动画。可自行下载ffmpeg,从而可以保存为多种格式，如gif,mov,mpg等

设置pse的版本号，建议版本为0.99，这样PyMOL 和 PyMOL2都可以打开pse 文件 set export_pse_version,0.99 删除蛋白的一条链，然后保存为pdb¶ step1. 切换到chain模式 step2. 点击需要需要删除的Chain就可以选中chain step3. 对新产生的sele object进行删除。

点我查看动画教程

移动object在列表中的顺序¶

鼠标右击待移动的object,按住鼠标不放，移动鼠标，调整object在列表中顺序。

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