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vmd中文教程（User's Guide）.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.85M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    简介： 这个教程为新用户介绍了 VMD 的用法。老用户也可以用本教程进一步熟悉程序的应 用，以更好地利用 VMD。本教程是针对 VMD 1.8.3 设计的，需要约 3 个小时来完成。 本教程新增的内容可用三个独立的单元讲解。第一个单元主要内容是分子图形表现方法 基础， 还会介绍制作形象逼真的图像要了解的知识。另外的两个单元是针对高级用户，介 绍了 VMD 的脚本。尽管非技术性用户可以略去脚本的阅读，但是我们鼓励每个人都去试一 试着读一下，因为它会提供一些有力而易用的工具，这些工具是简单的图形用户界面所无法 提供的。 本教程以一种有趣的小蛋白质泛素的研究为例来说明 VMD 的应用。在本文中，一些资 料是在小框中出现的。这些小框中包括教程的补充内容，例如泛素扮演的生物学角色，使用 VMD 的一些提示和捷径等等。 如果你有对本教程的评论和问题，请发邮件至tutorial-l@ks.uiuc.edu。邮件列表可以在 http://www.ks.uiuc.edu/Training/Tutorials/mailing list/tutorial-l/.中找到。 泛素 本教程会用VMD来显示泛素。泛素是一个由76个氨基酸组成 的小蛋白质，在所有的真核生物中普遍存在。在所有真核生物蛋白 质中，泛素是最为保守的蛋白质之一（在昆虫，鱼，牛和人中，前 74个氨基酸是完全一样的）。它已被证明存在于细胞核、细胞质和 细胞表面。它首要的功能是介导蛋白质降解，在降解过程中，作为 细胞内蛋白水解酶识别的标志。 需要的程序： 以下是本教程中需要的程序 VMD: 可以从 http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/下载（在所有平台上均可使用）。 绘图程序：要观看从 VMD 输出的图像，需要专门的程序。VMD 有一个内置的绘图程序， 也可以应用外部程序。应用什么程序是由你的操作系统决定的。例如： – Unix/Linux: xmgrace, http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/ – Windows: Excel, http://office.microsoft.com/en-us/FX010858001033.aspx (需要购买) – Mac/Multiple Platforms: Mathematica, http://www.wolfram.com/ (需要购买); gnuplot, http://www.gnuplot.info/(免费下载) 现在开始学习 VMD 你可以在 VMD-tutorial-files 目录里找到本教程的文件。如图 1 所示的 VMD-tutorial-files 的 文件和目录
    图 1：VMD-tutorial-files 的目录结构 运行VMD， 可以在Unix 终端窗口中键入vmd, 在Mac OS X的应用文件夹中双击VMD应用 程序图标或者在windows中单击开始——程序——VMD。 1 VMD基础 在本单元中你会通过构建一个泛素的较美观的图形来熟悉VMD的基本命令。另外，你 可以学习怎样用VMD来寻找蛋白质结构上的有趣的特点。 1．1 导入分子 第一个步骤是导入分子。在教程中提 供了一个pdb文件1UBQ.pdb，文件中包含 了泛素的原子坐标。 1在VMD主窗口的菜单栏中选择File —— New Molecule，如图2（a），屏幕上会显 示另外一个窗口，即Molecule File Browser (b)。 2 应用Browse.（c）按钮在 vmd-tutorial-files中找到文件 1UBQ.pdb，注意到当你选择这个文 件的时候，就会回到Molecule File Browser窗口。为了精确地导入你要 导入的文件一定不要忘了按下Load（d）按钮。 图 2 导入分子 现在，泛素在你的OpenGL Display窗口中显示出来。你可以随时选择Molecule File Browser 窗口。
    Webpdb. 如果网络连接可用，VMD可以从蛋白质数据库中下载pdb文件。只 要在Molecule File Browse窗口的File Name中键入四个字母的蛋白质号，再点 一下load就可以了。VMD会自动下载该pdb文件。 坐标文件。文件1UBQ.pdb与泛素的X射线衍射1.8埃分辨率侧的结果 香对应（Senadhi Vijay-Kumar, Charles E. Bugg and William J. Cook, J. Mol. Biol. (1987) 194, 531）。注意蛋白质被58个水分子包围，结果中不包含氢 原子。 1．2 显示蛋白质 为了观察蛋白质的三维结构， 我们要用到多种鼠标模式。 1 在OpenGL Display中,按下 鼠标左键同时移动鼠标。进一 步观察有什么现象。这是鼠标 的旋转模式，通过这种模式， 你可以让这个分子绕一个与 屏幕平行的轴旋转。图3（a） 图 3 旋转模式 2 如果你按下鼠标右键，重复上一步骤，分子会绕一个与屏幕垂直的轴旋转（b）（对于Mac 用户来说，右键产生的效果与在按下mouse菜单选项后点击命令按钮是一样的）。 3 在VMD主窗口中，看一下Mouse菜单 （图4），这里，你可以把鼠标模式从 Rotation 更换到Translation或者Scale modes。 4 Translation模式允许你按住鼠标左 键，在屏幕上移动分子。在Translation 模式下，你可以通过按下鼠标中键来改 变剪切板。 5 在Scale模式下，你可以按住左键水 平移动鼠标来缩小或放大分子。 图 4 鼠标模式 需要注意的是：鼠标运动不会改变分子中的原子坐标。
    鼠标模式。注意每一种鼠标模式都有独特的指针形状，也有独特的快捷键（(r: Rotate, t: Translate, s:Scale)，可以代替菜单使用。（当用快捷键的时候，要 保证OpenGL Display窗口是活动的）。在VMD用户手册中可以获得更多的 信息。 Mouse ——Center菜单项也很有用，它允许你确定分子绕之旋转的支点。 6 选择Center菜单项，在蛋白质一端选择一个原子，这时指针会显示成一个十字。 7 现在，按下r, 用鼠标旋转分子，看一看你的分子是怎么绕着你选择的支点运动的。 8 选择Display ——Reset View菜单项(=快捷键)，回到默认界面。 1．3 学习应用不同的绘图模式 VMD可以用很多种绘图模式来显示你的分子。这里，我们要进一步学习那些可以帮助你确 定蛋白质中不同结构的绘图模式。 1 选择Graphics—— Representations 菜单项，一个叫做Graphical Representations的窗口会出现，见图5 （a）中黄色高亮。你可以看到目前显 示的分子的图形显示法。 2 在Draw Style标签中（b）我们可 以改变所表示的style (d) 和color (c)。在这一部分我们重点来看 drawing模式。 3 每一种绘图方法都有自己的参数 控制。例如，改变线条的稠密度可 以用Graphical Representations窗 口右侧底部的控制按钮（e）。 4 现在，在Drawing Method中选择 VDW(van der Waals)，每一个原子 现在都表示为球形。用这种方式你 可以更容易地看出蛋白质的体积 分布是怎样的。 图5 Graphical Representations窗口 5 要观察蛋白质内部的原子排布，用窗口右侧底部的控制按钮改变Sphere Scale到 0.5，
    Sphere Resolution 到13。注意分辨率越高，分子的显示速度越慢。 6 注意Coloring Method —— Name菜单项, 每一个原子都有其自己的颜色，比如，O是红 色的，N是蓝色的，C是青色的，S是黄色的。 7 按下Default键，这个操作允许你回到默认的绘图方式中。 更多显示方法。还有有趣的显示方法是 CPK 和 Licorice。在 CPK 中， 就像以前化学中的球棒模型，每个原子都用球形表示，每个键都用圆柱 棒表示（球和圆柱形棒的半径和分辨率都可以独立地调节）。Licorice 绘 图方法（广泛使用）也用球形表示原子，用圆柱形棒表示键，但是球的 半径不能被独立调节。 . 前面的显示方式可以让你看到蛋白质大分子的细节。但是，更多的普遍结构属性可以用抽象 的绘图方式来观看。 8 在Drawing Method下选择Tube style，观察蛋白骨架。Radius设为0.8。 9 在tube模式下观察你的蛋白质，你可以分辨出它有多少α螺旋、β折叠和无规则卷曲吗？ 我们要了解的最后一个绘图模式是NewCartoon。它可以给出一个以二级结构为基础的简化 的蛋白质图像。α螺旋以卷曲的条带状表示，β折叠以固形箭头表示，所有其它的结构以管状 表示。这可能是观察蛋白质分子总体构造的最普遍的方法。 , 10 选择Drawing Method ——NewCartoon. 11 现在确定蛋白质分子中有多少α螺旋、β折叠和无规则卷曲。 泛素的结构。泛素有一个三圈半的α螺旋（残基23到34，其中有三 个是疏水的），一个310-螺旋（残基56到59），还有5个β折叠（残基 1到7，10到17，40到45，48到50，64到72），还有7个反向转角。 VMD用STRIDE程序，以一种探索性的法则计算出二级结构
    图6 泛素Licorice, Tube and NewCartoon显示方法 1．4 学习不同的着色方法 1 现在，让我们来改变所显示图像的颜色。选择Coloring Method——ResType图5（c），这 可以区别非极性基团（白色），碱性基团（蓝色）、酸性基团（红色）和极性基团（绿色）。 2 选择Coloring Method —— Structure (c)，确定NewCartoon表示的图形与二级结构相一致。 1．5 学习不同选择 让我们来看一看分子中不同的独立的部分。 1 如图5（f），在Graphical Representations窗口的Selected Atoms文本输入框中删去“all” , 输 入helix，然后按下apply按钮或者按下键盘上的Enter或者Return键（每当在文本框中输入后 都可执行同样的操作），VMD会显示出分子中的α螺旋结构。 2 在Graphical Representations窗口中选择Selections标签，如图7（a）。在Singlewords (b)这一 部分中你可以发现可以输入的选项表列。例如，要显示β折叠而不是α螺旋，就可以在Selected Atoms的文本输入框中输入合适的词。
    布尔操作组合也可以用于选择时的文本 输入。 3 为了看分子除了α螺旋和β折叠的部 分，可以在Selected Atoms中输入：(not helix)and(not betasheet) : 4 Selections标签 （b）的Keyword (c)栏 可根据蛋白质某些部分的特定值来进行 选择。看一看Keyword resname (d)中的 可能值。输入(resname LYS)或者 (resname GLY)可以显示蛋白质中所有 的赖氨酸或者甘氨酸。赖氨酸在泛素的 构型中扮演重要的角色。 . 5 现在，把当前显示的Drawing Method 改变到CPK模式，把Draw Style中的 Coloring Method改到ResID。在屏幕中可 以看到不同的赖氨酸和甘氨酸。每一种 有多少个你能数得清吗？ 6 在Selected Atoms的文本输入框中输 入water。选择Coloring Method —— Name。你可以看到在整个系统中的58 个水分子（实际上只有氧被显示出来）。 图7 Graphical Representations窗口和Selection标签 7 为了看一看哪些水分子离蛋白质分子更近一些，可以用within命令。输入waterwithin 3 of protein，这就选择了距离蛋白质3埃之内的所有的水分子。 8 最后，在Selected Atoms中键入下列内容： : Selection Action protein resid 1 (resid 1 76) and (not water) (resid 23 to 34) and (protein) Shows the Protein The first residues The first and last residues The _ helix 前述的选项提供了研究蛋白质或其他分子的有力工具。 1．6 多重显示
    如图8（a），在Graphical Representations 窗口中，用Create Rep按钮可以创建多重 显示图像。因此，你可以让分子的不同 部分显示不同的样式和颜色。 1 对当前显示，把Drawing Method 设为 NewCartoon，把Coloring Method 设为 Structure. 2 在 Selected Atoms 中键入 protein. 3 按下Create Rep键（a），现在，用 Draw Style菜单项和Selected Atoms文本 输入框来更改新的图形显示，可以把 Drawing Method设为VDW，Coloring Method设为ResType，并键入resname LYS，使其成为当前选择。 4 重复前述步骤，产生下列两种新的显 示方法：： 图 8 泛素的多重显示方法 Drawing Style CPK VDW Coloring Method Name ColorID1 Selection Water Resid 1 76 and name CA ， 5 再次按下Create Rep按钮，创建最后一个图形显示法。选择Drawing Method —— Surf, Coloring Method —— Molecule，在Selected Atoms中键入protein。在Material 部分(c)中选择 Transparent菜单项。 6 用鼠标你可以选择已创建的不同的显示法，并可以独立地改变其中的任何一种。你也可以 用双击鼠标或者Delete Rep按钮打开或关闭它们。关闭第二个和最后一个图形表示法。在这 一部分的最后，Graphical Representations窗口的显示如图8 ，
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