VMD教程(0617000105).pdf

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1、. . 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，

2、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-lks.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

3、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:/ (需要购

4、买 ) Mac/Multiple Platforms: Mathematica, http:/ (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

5、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。 11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

6、 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。 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。 图 2 导入分子 . . 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 Vi

7、jay-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。 12 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） 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

8、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。 需要注意的是：鼠标运动不会改变分子中的原子坐标。 图 3 旋转模式 图 4 鼠标模式 . . 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:

9、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。 13 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

10、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 GraphicsRepresentations 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 Draw

11、ing 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。 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， 图5 Graphical Representations 窗口 . . 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

12、个操作允许你回到默认的绘图方式中。 . 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 螺旋、 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。 螺旋以卷曲的条带状表示， 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 Met

13、hod NewCartoon. 11 现在确定蛋白质分子中有多少 螺旋、 折叠和无规则卷曲。 泛素的结构。泛素有一个三圈半的 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 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 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）。Lico

14、rice 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。 . . 14 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。 15 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 Sel

15、ected 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 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 折叠而不是 螺旋，就可以在 Selected Atoms的文本输入框中输入合适的词。 图6 泛素Licorice, Tube and NewCartoon 显示方法 .

16、 . 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 螺旋和 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

17、 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）。 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

18、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。 16 多重显示 图7 Graphical Representations 窗口和 Selection标签 . . 如图 8（a），在Graphical Representations 窗口中，用 Create Rep按钮可以创建多

19、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

20、两种新的显 示方法： Drawing Style Coloring Method Selection CPK VDW Name ColorID1 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Dele

21、te 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 ， 图 8 泛素的多重显示方法 . . 17 Sequence Viewer Extension 当第一次处理一个蛋白质分子的 时候， 快速找出和显示不同的氨基 酸是非常有用的。Sequence Viewer Extension 可以让你很容易 地选出和显示氨基酸残基。 1 选择 Extensions Analysis Sequence Viewer菜单项，一个 包含氨基酸 （图 9e）和它们属性的 列表（ b）和（ c）的窗口（图 9 a）

22、会出现在屏幕上。 2 用鼠标点击列表中不同的氨基 酸残基（ e），观察它们是如何被 标记为高亮的。 另外，高亮的残基 还会在 OpenGL Display 窗口中以 黄色 bond drawing方式显示，因此 你可以很容易地观察它们。用鼠标 右键可以解除选择。 3 用 Zoom滑块控制窗口（f），使 其能够显示所有残基。 这在大的蛋 白质分子中比较有用。 4 按住 shift键时同时按下鼠标，就 可以同时选择多个残基。看一下图 中显示的残基 48, 63, 11 和29 (e)。. 5 观察 Graphical Representations窗口，用 SequenceViewer Exten

23、sion ，你应该能发现一种新的 显示所选残基的方法。就像你以前做过的那样，你可以修改、 隐藏、或者删除这种显示方法。 赖氨酸的相关性。 多个泛素链可以被C和N末端肽键连接， 也可以通 过lys48，63，11或者 29连接（就是你在sequence窗口中选择的）不 同连接形成的链有着与功能相关的不同的属性。 关于残基的信息用柱状彩色标记表示，它们是从STRIDE 中得到的。 B-value表示的是温度因 图 9 sequence窗口 . . 子的变化， struct表示二级结构，在图中，各种颜色所代表的意义都用字母作了标注。 . T E B H G I C Turn Extended con

24、formation (_ sheets) Isolated bridge Alpha helix 3-10 helix Pi helix Coil 18 保存结果 用VMD 创建的图形可以与创建的图形显示法，VMD 环境设置一起保存。这里提到的VMD 环境设置包括你开启一个新的VMD 环境所需要的所有信息，这就不会使你以前的工作成果 丢失。 1 在 VMD 主窗口，选择 File Save State菜单项，写上一个合适的文件名（例如： myfirststate.vmd) 保存。 File Load State菜单项允许你导入一个保存过VMD 环境设置，就像保存时一样，虽然 设置好的 VMD

25、环境允许你用 VMD 来处理蛋白质的图像，探索它的性质，但是你通常需要得 到能用于论文和其他各种文件的图像。VMD 可以润色图像， 产生一个可作它用的图像文件。 如下所述： 2 用你已经学过的所有关于VMD 的知识，用缩放、旋转和改变分子位置的方法找到蛋白质 分子的合适的视野。打开和关闭不同的显示方法，提高选择的分辨率，调整其他属性。 如果 你想得到一个质量很高的分子，注意每一个显示方法的分辨率。 3 注意你用 Sequence Viewer extension创建的新显示法。如果需要的话，隐藏或者删除它们。 4 在润色图像之前， 选择 Graphics Colors菜单项， 改变背景颜色。

26、选择 Display category, Background name和 8 white color. 。这样背景就变成白色的了。 5 选择 FileRender菜单项 (渲染 )，一个叫做 File Render Controls 的窗口会在屏幕上出现。 6 可以用不同的文件包来润色分子。如果你用的操作系统是Unix 或者 Mac OS X ， 就在 Render using菜单中选择 TachyonInternal，否则选择 Tachyon。 7 在 Filename文本输入框中键入图像要保存的文件名，例如：picture.tga 或者 picture.dat (默 . . 认文件名是p

27、lot.tga或者 plot.dat ，依据不同的操作平台) 8 按下 Start Rendering按钮，包含有你的图像的文件就会创建。注意到这需要一些时间。你 可以以一个图像文件名，如picture.tga (MacOS X 或者Unix) 或者 picture.dat.bmp(Windows). 结束工作， 9 关闭打开图形文件的程序，这样就可以继续使用VMD （在 windows 中，这条可以忽略）。 现在学完了本教程的第一单元。我们希望你学会了VMD 的基本命令。 你也可以做两个文件， 第一个是 VMD 环境设置文件，让你重启一个VMD 环境，在其中应用或者修改你在本单元学 到的东西

28、。第二个文件是一个关于蛋白质的图像文件，这个文件可以应用于其他文件中。 2 多分子处理和脚本 在本单元，你会学到如何同时处理多个分子。同时，你也会学到Tcl 脚本的基础，用它来编 辑原子数据，排列整合两个分子，并用计算出的分子特性给分子上色。 1 从一个新的 VMD 环境开始。如果你刚刚完成第一单元的学习，你应该退出VMD, 然后重 新启动。 21导入多个分子 首先，导入你要用到的分子。 1 用 File New Molecule. 菜单项打开 Molecule File Browser 你需要载入泛素的X射线三维结构图， 可以用第一单元中学到的操作，也可直接用命令导入。 2 确定你正在 vm

29、d-tutorial-files 下。在 VMD 终端，输入 mol new 1UBQ.pdb 。 . 泛素在水盒中的溶解平衡模拟已经在1ns的时间范围内实现。你的文件包含了这个平衡的最 末帧的坐标。以现在可以比较泛素在平衡末状态的构像和初始态的晶体构象。 坐标文件和结构文件。为了节省空间，模拟输出文件通常只包含原子坐 标，而不储存像原子类型、电荷、各部分的名字和键等不变的信息。这 一部分信息另存于一个“结构”文件当中（例如一个PSF 文件） 。要观 察一个模拟结果，你需要把同一个分子的结构和坐标文件融合。 3 现在，导入另一个分子的模拟结果。在Molecule File Browser 窗口

30、顶端的菜单中选择New Molecule 。在vmd-tutorial-files 中找到文件 ubiquitin.psf ，然后按下 Load按钮， 建立了一个有结 构而没有坐标的新分子。 . . 4 注意到 ,窗口最顶端的菜单上显示：1: ubiquitin.psf. 这保证了载入的下一个文件会增加到 那个分子 (molecule ID 1) 。因为你在用PSF文件合并数据，所以你不需要把菜单切换到New Molecule 。现在，在 vmd-tutorial-files 中找到文件 ubiquitin-equilibrated.coor ，单击 Load ，这就可以导入新的坐标，并把新坐

31、标与先前载入的结构信息合并。 你现在可以看到两个有层次的没有相互重叠的分子，一个是原始的晶体泛素结构，另外一 个是一个由水盒包围的分子。， 22 主窗口的应用 现在需要为你的分子命名，这样就可以区别它们。 1 在 Main窗口的分子列表中双击第一个分子的名字，Rename Molecule对话框弹出。键入 crystal。以同样的操作为第二个分子命名为simulation 。 这时， Main窗口如图 10。在分子的名字之前，有四个字母，你可以用它们来实现一些操作。 F的意义是“ Fixed”，意思是当你移动屏幕时，分子不会随之移动。当F显示黑色时，分子 是固定的；当显示灰色时，分子可以自由移

32、动。 2 在主窗口，双击分子名左边的F，当一个分子被固定时，试着用鼠标调动屏幕。然后试一 试两个分子都被固定时的情况。 3 完成操作后，把两个分子都解固定，选择Display Reset View ，让其显示两个分子之间 原来的相对位置。 4 然后，双击一个分子的D，D表示的是“ Display ”。当 D灰化的时候，分子是隐藏的。你 可以通过双击 D来显示或者隐藏分子。 5 当操作完时，确保只有晶体结构分子显示，两个分子都未固定。 图 10 初始和最后坐标导入两个分子的主窗口显示 . . 6 最后，双击晶体分子左边的T，T会在前面显示。这使它成为了顶层分子。一个分子置于 顶层，它就成为脚本命

33、令操作的目标。 Tcl 脚本基础和 Tk控制台 VMD 支持 Tcl/Tk 脚本语言。这一部分会提供运行一些有用功能必需掌握的脚本语言。 Tcl/Tk 语言。 Tcl 是一种丰富的语言，除了典型的条件和循环结构语句之外，还 包括许多特征和命令。Tk是 Tcl的拓展， 允许写程序用户与窗口和按钮接触。关 于Tcl/Tk 语言更多的信息在http:/www.tcl.tk/doc 上有提供。 执行 Tcl命令，需要应用一种很方便的文本控制台，即Tk控制台。 1 选择 Extensions Tk Console 。 一个控制台窗口出现（图 11） 。 这就可以在其中输入Tcl/Tk 命令。 你首先接触

34、到的是Tcl/Tk 最基本的部分。这里是Tcl 的设置和输出命令。 set variable value sets the value of variable puts $variable prints out the value of variable 2 试一试以下命令： set x 10 puts “the value of x is: $x“ set text “some text“ puts “the value of text is: $text.“ $variable指的是variable的值。 . 图 11 Tk 控制台 . . 下面是一个数学操作命令： expr expres

35、sion evaluates a mathematical expression 3 试一试应用 expr命令 expr 3 - 8 set x 10 expr - 3 * $x Tcl 最重要的方面之一是可以用方括号把Tcl 命令嵌入其他命令。方括号括起来的表达式会自 动被方括号内表达式的值替换 expr. represents the result of the expression inside the brackets 4 新建一些命令，然后用方括号测试它们。例如： set result expr -3 * $x puts $result 24 atomselect命令 你可以用 VM

36、D 的atomselect命令来编辑原子属性。下面的例子会告诉你怎样操作。 1 当确定晶体分子是顶层的分子后（如果不是，双击T）。用 Graphics Representations. 菜单打开 Graphical Representations窗口。 2 在窗口顶部的Selected Molecule 下拉菜单中选择“crystal” 的分子，在 atom selection中键入 protein。把 Coloring Method 设为Beta，把 Drawing Method 设为 VDW. 。分子大部分会显示 出红色和绿色小球的集合。 现在你将学到 VMD 中一个非常重要的Tcl 命令

37、： atomselect molid selection creates a new atom selection 对于 atomselect，首先要讲的是molecule ID （主窗口的最左边），其次是文本原子选择，就 PDB B- 因子范围。 PDB 文件中 “B”的范围通常储存晶体结构的“温 度因子”，在 VMD中读入“ Beta”范围。由于我们目前的重点不在 此，我们可以利用这个范围来存储我们自己的数字值。VMD 有一个 “Beta”上色方法，它可以根据原子的B 因子给它们上色。当用不 同的原子来替换B 值，你就可以控制不同原子的颜色了。当你想要 展示通过计算得出来的系统属性时，这种

38、方法就很有用了。但是这 种方法在VMD 之外是不能应用的。 . . 像你在第一单元所学的用来描述图形显示方法的文本原子选择。你要学习的Atomselect，返 回的选择是一个命令。 3 在 Tk控制台窗口键入crystal atomselect top “all“ ，这个选择包括了分子中所有原子，并把 所选赋予变量 crystal。我们用 “ top” 来指代顶层分子，不用 molecule ID（是个数字， 不好记） 。 Atomselect得出的结果是一个功能。因此，$crystal是一个针对 “ all ”所指代内容执行的功能。 4 键入 $crystal num. 把num赋给所选一个

39、原子，返回的是原子在这个选择中的序号。检查 一下这个序号是不是与分子中原子的序号相同（可以从main窗口中读取）。 5 键入 $crystal set beta 0.。这样就把所有原子的“ beta ”域设为 0。当你这样做的时候，你会观 察到屏幕上原子的颜色会突然变成一样的（因为它们此时具有相同的beta值）。 原子选择中的原子指的是原始分子中的原子。当你通过选择改变一些原子的属性（如beta 值），这些变化会反映在所有其它包括这些原子的选择中。 6 现在， 输入 set sel atomselect top “hydrophobic“ 。这新建了一个包括所有疏水残基的选择。 7 让我们把所

40、有的疏水原子的beta值设为 1来标记它们。 你现在应该明白如何操作了：$sel set beta 1。如果 OpenGL Display 中的颜色没有更新，单击Graphical Representations底部的 Apply 按钮。 原子属性的例子。你可以通过应用原子选择，包括不同部分、 残基、原子 名、位置（ x，y和z），电荷、质量、体积、半径等等来获得或者设置许 多原子的属性 8 现在要通过改变原子的物理性质来进一步说明疏水基团的分布。输入$crystal set radius 1.0，以使所有的原子变得小一点，更易观察。输入$sel set radius 1.5，让疏水基团大一点

41、。 半径的大小范围会影响图形的显示方式（如VDW, CPK ）。 现在已经新建了一个图像，可以清楚地区别蛋白质的疏水部分和亲水部分。如果你完全按照 教程的要求来做，你得到的蛋白质图像就会如图12所示。 . . 疏水残基。就像你在渲染泛素分子的过程中可能注意到的那 样，疏水残基绝大部分都处于蛋白质的核心区。这在小的可 溶性蛋白质中是很典型的。当蛋白质折叠的时候，疏水残基 就有停留在界面的趋势。这样疏水基团汇集在一起，扮演着 结构上的角色。 这可以帮助蛋白质正确折叠，并提高稳定性。 原子选择不止在设置原子数据方面有用，而且可以用来获取信息。如果你想得到疏水基团， 你要做的只是新建一个疏水选择，这里

42、应该用get，而不是 set。 9 在你选择的疏水原子上应用get $sel get resname 但这里有个问题。每个残基都包含了很多原子，这样导致的结果是有很多重复输入。你能想 到一个办法来克服这个问题吗？我们知道，每个氨基酸都有同样的骨架原子。如果你在每个 残基中只选择一个这样的原子，每个残基就只会在你的选择中出现一次。 10 让我们试试这种解决办法。每一个原子有且只有一个 -碳 (命名 CA = alpha): set sel atomselect top “hydrophobic and alpha“ $sel get resname 哈，成功了！ 11 你也可以同时得到多种属性。

43、试试下面的命令： $sel get resid $sel get resname resid $sel get x y z 12 一旦你完成了一个选择，可以很方便地用下面的命令来删除它们以节省内存开支： $sel delete 图 12 在 VMD 显示模式下的泛素分子，上色的依据是残基的疏水性 . . 2.5 Aligning Two Molecules 要正确地观察泛素在模拟中是怎么变化的，你必须首先确保两个分子在空间上尽量重合。 VMD 提供了很多方便的命令可以完成这个功能。现在要给两个分子上不同的颜色以区别它 们。 1 确保两个分子都处于显示状态（可以通过双击VMD 主窗口中的 D来实

44、现）。 2 在 Graphical Representations窗口，改变晶体分子的图像显示（记得要从窗口顶部的菜单中 选择它） 。把Coloring Method 设为ColorID, color 设为 0 blue，Drawing Method 设为 Tube. 3 可以在 Graphical Representations窗口最顶部的Selected Molecule菜单中选择目标分子， 在不 同的分子上应用不同的显示方法。对分子simulation 选择同样的显示法(ColorID and Tube), 而 把颜色设为 1 red。 4 在 Tk控制台窗口中键入下面的命令，为每个分子

45、新建一个包括蛋白质骨架中 碳的原子选 择： set atomsel1 atomselect 0 “alpha“ set atomsel2 atomselect 1 “alpha“ 这里我们选择 碳是因为它们比蛋白质松散的侧链更稳定，而且它们给出了蛋白质空间构象 方面有用的信息。 即使这两个分子非常不同（晶体结构中没有氢） ， 你所建立的选择也包括了完全相同的原子。 VMD 提供了一个命令measure fit可以用于找出两个选择中相同原子的最佳吻合度。 measure fit atomsel1 atomsel2 calculates the best fit matrix 注意 atomsel

46、1和 atomsel2必须具有相同数目的原子。可以用 $atomsel1 num命令来检查原子的 个数。 5 用下面的命令可以找出能够使两个选择以最佳方式配对的转换矩阵M set M measure fit $atomsel1 $atomsel2 6 通过输入命令 $crystal move $M 你可以把刚刚得到的矩阵应用于第一个分子所有部分（即你以前定义的叫做crystal 的原子 选择） 在OpenGL窗口， 两个分子以 碳的位置为基础排列。注意到分子的一部分吻合得很好，但另 一些摆动的尾部和loop区看起来比较松散（它们在平衡中的运动性更强）。用了 螺旋后， 再用 折叠重新排列分子，得

47、到一个如图13的图像 . . 26 用颜色来显示偏离值 一旦两个分子被排列在一起，你可以比较两个原子的位置。你可以用一个预写的脚本（因为 直接写比较麻烦）来完成。如果你喜欢刺激的话，那就看一下这个脚本。如果你已经对此很 熟练，写这样一个脚本就是小菜一碟了。从文件中运行一个脚本，可以用Tcl 源命令： source file runs a script from a text file 1 脚本在 vmd-tutorial-files 的文件 coloring.tcl 中。在 VMD Tk Con 窗口中应用 cd命令找到这个 目录。它会改变晶体分子的beta值，反映在平衡后分子中原子的位置改变

48、。我们输入以下命 令，运行这个脚本： source coloring.tcl 2 要看到新的 beta值，需设置分子crystal的Coloring Method 为Beta， 隐藏分子 simulation（通 过双击 VMD 主窗口中的 D实现）。 晶体分子现在依据模拟中的总改变程度上色。为了进一步的工作，我们来调整一下颜色的范 围。 3 在 Graphical Representations窗口中，选择 Trajectory 标签。在 Color Scale Range标签下，你 可以设置 beta值颜色范围的最大和最小值。确保晶体分子右边的显示法被选定，然后输入0 和5，单击 set。

49、这就把颜色的范围设置为0到5埃之间。 图 13 泛素最初和最后状态三维结构拟合 图 14 Representation 窗口中的颜色范围控制 . . 4 现在，从 VMD 主窗口中选择GraphicsColors，打开 Color Controls 窗口（如图 15）， 选择 Color Scale标签。 5 在color scale的Method菜单中，选择 BWR 。这样就可以把位置变动小的原子（0埃）染上 蓝色，把位置变动大的原子（5埃）染上红色，在两者之间的染上白色。 6 你现在也可以调整color scale的 Midpoint 来改变被染成白色的原子位置变动的水平。试试 把中点设为 0.1。 你现在应该明白怎么对一般数据进行连续的上色操作。看一看你的分子，它如图16 所示。 你现在应该可以确定泛素的那一部分是稳定的（蓝色），哪一部分是松散的（红