PyMol入門教程
認(rèn)識PyMol
1. 軟件界面介紹

1.2 內(nèi)置demo介紹
打開PyMOL,點(diǎn)擊1.1菜單窗口的Wizard菜單，然后點(diǎn)擊Demo->Representations 然后在2.3 對象窗口 和 2.4模式窗口之間會出現(xiàn)各種示例：
1.Representations
2.Cartoon Ribbons
3.Roving Detail
4.Roving Density
5.Transparency
6.Ray Tracing
7.Sculpting
8.Scripted Animation
9.Electrostatics
10.CGOs
11.Molscript/R3D Input
12.End Demonstration 關(guān)閉示例

1.3 設(shè)置和查看工作路徑
點(diǎn)擊1.1菜單窗口 File->Working Directory->Change 可以查看現(xiàn)在的工作目錄在哪里，也可以設(shè)置新的路徑作為工作目錄。
工作目錄的作用：默認(rèn)文件的打開和保存都是從該文件開始。下載文件的保存位置也是在工作目錄。這一點(diǎn)與R語言類似，我也是習(xí)慣一個(gè)項(xiàng)目新建一個(gè)project，方便以后查看。
工作目錄設(shè)置習(xí)慣
建議：

• 1.不同項(xiàng)目設(shè)置不同的工作目錄

• 2.設(shè)置一個(gè)默認(rèn)工作目錄

• 3.不要把工作目錄設(shè)置在軟件安裝目錄

雙擊PDB文件打開PyMOL,會自動切換工作目錄到該P(yáng)DB文件所在目錄。
從軟件安裝處打開PyMOL, 則工作目錄為軟件安裝目錄。
1.4 下載蛋白
從PDB網(wǎng)站上下載蛋白，如 4hbk.pdb, 也可以直接通過PyMOL 下載蛋白，點(diǎn)擊菜單欄中的 File->Get PDB,如下圖圖所示, 在PDB ID 對應(yīng)的框中填入PDB的編號就可以了，不要包含后綴.pdb 。

點(diǎn)擊Download，你會發(fā)現(xiàn)PyMOL會自動加載該蛋白，在工作路徑 D:\PyMOLstartedManual 下面出現(xiàn) 4hbk.cif 文件，隨著PDB解析的結(jié)構(gòu)越來越大，PDB格式文件的局限性就暴露出來，不能超過9999個(gè)原子，因此正在逐漸用cif 格式取代pdb 格式。

2.介紹"ASHLC"
2.1 蛋白的展現(xiàn)形式(show)
在2.3對象列表窗口中，我們可以看到現(xiàn)在有2個(gè)object 名字，

• 1個(gè)是all, all 不是真實(shí)的object,它代表了所有的object

• 1個(gè)是4hbk, 4hbk 就是我們剛剛載入的蛋白
  每個(gè)object 都有對應(yīng)的A S H L C操作,如下圖所示：

• Action 主要包含了對object的常用操作的集合，如 復(fù)制、刪除object,對object加氫，展示Object等；

• Show 將object 渲染成cartoon 、line、stick lines sphere surface mesh dots ribbon 等模式；

• Hide 根據(jù)object的狀態(tài)或者描述進(jìn)行相應(yīng)的掩藏；

• Label 顯示object中殘基 原子等名稱或者屬性 - Color 對Object 進(jìn)行著色。
  下面對Show 著重講解：show 有2類操作方法：

• show as 分別點(diǎn)擊S->as->cartoon 和S->as->stick,
  我們可以觀察到AS模式是把原有的渲染模式抹除后再重新渲染，經(jīng)過上述操作后僅僅顯示stick形式

• show 點(diǎn)擊S->as->cartoon 再點(diǎn)擊S->stick;
  我們可以觀察到SHOW方法，是保留原有的渲染，再添加新的渲染。
  我們先對4hbk object點(diǎn)擊 S->as->cartoon,然后點(diǎn)擊S->as->stick,效果如圖Fig5

我們先對4hbk object點(diǎn)擊 S->as->cartoon,然后點(diǎn)擊S->stick,效果如圖Fig6

蛋白對象的簡單平移、旋轉(zhuǎn)、縮放
首先將鼠標(biāo)移動到2.1可視化窗口

• 平移，按住鼠標(biāo)中鍵不放，然后上下左右移動，進(jìn)行體會，蛋白會隨著鼠標(biāo)而移動

• 旋轉(zhuǎn)，按住鼠標(biāo)左鍵不放，然后上下左右移動鼠標(biāo)，蛋白會進(jìn)行旋轉(zhuǎn)

• 縮放，按住鼠標(biāo)右鍵不放，然后上下移動，蛋白會進(jìn)行縮放

• 切割 滾動鼠標(biāo)中鍵， 建議將蛋白渲染成surface模式，然后滾動鼠標(biāo)中鍵

當(dāng)軟件不能正常使用上述操作，可以點(diǎn)擊
File->Reinitialize->Original Settings (推薦)
File->Reinitialize->Everything 注意的是該操作會刪除當(dāng)前所有的Object.
2.2 Action
第一部分：常用顯示操作

• 點(diǎn)擊 A->preset->simple 顯示蛋白的簡單形式

• 點(diǎn)擊 A->preset->ball and stick 顯示球棍模型

• 點(diǎn)擊 A->preset->b-factor putty 基于bfactor數(shù)值顯示蛋白的柔性

• 點(diǎn)擊 A->preset->publication 高質(zhì)量出版標(biāo)準(zhǔn)

第二部分 對象的操作

• 刪除水分子 A->remove waters
  該操作屬于紅色警告操作，不可逆操作。刪除水分子后，無法通過Ctrl-Z進(jìn)行撤銷。

• 增加刪除氫原子
  在line和stick 模式下面可以看到H原子，cartoon模式下面看不到氫原子,因此在line或者stick模式下，執(zhí)行下述操作。

• A->Hydrogens->remove 刪除所有氫原子

• A->Hydrogens->add 增加所有氫原子

• A->Hydrogens->remove non polar 刪除所有非極性氫原子，我們可以看到C上的氫原子全部被刪除

• A->Hydrogens->remove 再次刪除所有氫原子

• A->Hydrogens->add polar 增加極性氫原子

第三部分 對象的復(fù)制 剪切 刪除 重命名

• 復(fù)制 A->Copy to object->new
  我們會得到一個(gè)名為new的object,為了和4hbk object 進(jìn)行區(qū)分。
  對4hbk 的obect 點(diǎn)擊C->cyan 和S->AS ->cartoon
  對obj01 點(diǎn)擊 C->green 和S->as->stick

• 重命名 obj01-> 4hbk_02
  對obj01 點(diǎn)擊A->rename object

• 刪除 A->delete object
  如果要刪除當(dāng)前所有的object的話，可以在1.3命令輸入窗口輸入delete all。

• 剪切 適合選中的對象 A->Extract
  我們可以通過剪切的操作把配體和蛋白分開，首先選中配體，然后點(diǎn)擊A->extract object 就可以了， 原來結(jié)構(gòu)中的配體就跑到obj01中了，這樣就分開了蛋白和配體。下面會有具體的例子來說明。

第四部分 Action->generate 操作

• 顯示蛋白的靜電勢圖 Action->generate->vacuum_electrostatics->protein contact potential 就可以了。

查看小分子和蛋白的氫鍵作用
由于4hbk 蛋白中沒有小分子，這里我以 PDB id: 為例演示。點(diǎn)擊 A->preset->ligand sites 效果如圖所示，其中黃色的虛線就是氫鍵。
對標(biāo)注的氫鍵，查看距離和角度，進(jìn)一步確定氫鍵的合理性和強(qiáng)度。
查看小分子和蛋白的相互作用，推薦軟件 schrodinger中l(wèi)igand interaction。制作相互作用的二維圖，根據(jù)提示，然后再在pymol確認(rèn)并繪制這些相互作用。
2.3 蛋白對象的Hide操作
和remove delete 操作相比，hide操作更加溫和， 把不需要的東西暫時(shí)掩藏起來，通過Show 可以重現(xiàn)顯示出來。我們先上述方法，構(gòu)建4hbk 和4hbk_02 兩個(gè)object， 這一次把4hbk 設(shè)置成cyan 顏色的cartoon, 4hbk_02設(shè)置成green顏色的ribbon，如圖所示。如果要掩藏4hbk_02,有2種方法 - 對4hbk_02 點(diǎn)擊H->ribbOn - 直接點(diǎn)擊4hbk_02的名字。當(dāng)然，這里展示的時(shí)候要選擇不同的展示方式，如果是相同的展示方式，是顯示不出來的。

2.4 查看該結(jié)構(gòu)的序列(Sequence)
點(diǎn)擊左下角的S，即可顯示蛋白的序列信息，如圖所示,再點(diǎn)擊一次S，則掩藏序列信息。S是單詞Sequece的縮寫。

應(yīng)用: 選擇蛋白的特定殘基
我們通過軟件 D3Pockets 可以確定4hbk中口袋中氨基酸殘基的組成：
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
我們點(diǎn)擊Sequence,并將Selecting模式切換為residues,然后基于殘基編號進(jìn)行選擇。
把上述殘基選中以后會臨時(shí)保存在sele的object中，我們把它復(fù)制到obj01的Object中，
并重名為Pocket,然后對Pocket的Object，顯示其表面，結(jié)果如圖所示。

2.5 蛋白對象的著色操作
pymol中內(nèi)置了多種不同的著色方案,如圖所示：

• 按照原子類型著色

點(diǎn)擊object上的 C按鈕 -> by element

• 按照二級結(jié)構(gòu)著色

• 按照b-factor著色

• 按照整體著色

設(shè)置背景顏色
背景顏色默認(rèn)是黑色的，發(fā)表文章的時(shí)候背景顏色通常設(shè)置為白色。|
點(diǎn)擊菜單欄中的 Display->background->white 如圖所示：
制作b-factor-value 圖
點(diǎn)擊A->preset->b-factor putty， 如下圖所示：
3. 對象的Label操作
3.1 添加label
選擇需要Label的對象 | 然后點(diǎn)擊對象上的L按鈕，根據(jù)需要，可以標(biāo)記殘基的名字，原子的名字，范德華半徑、元素的名字等。

1. L->residue 在α碳原子上標(biāo)記其殘基名字和編號 （常用）

2. L->residue name 在所有原子上標(biāo)記殘基名字 （不常用）

3. L->clear 刪除該對象上所有的Label

4. L->element symbol 顯示對象上所有原子的元素名字

5. L->vdw radius 產(chǎn)看原子的范德華半徑

對于蛋白醛糖還原酶（PDB ID: 4HBK）,我們在UniProt 數(shù)據(jù)庫中查詢得到，其口袋中的重要?dú)埢校篢YR48、LYS77 和 HIS110。
我們對這三個(gè)殘基展示其為stick模式,并掩藏主鏈，并通過label按鈕標(biāo)注其氨基酸殘基的名字。移動Label，使其更加清晰可見。具體操作流程如下:

1. 載入4hbk 蛋白load 4hbk.cif

2. 在4hbk object 上點(diǎn)擊 S->as cartoon

3. 點(diǎn)擊右下角的sequence開關(guān)按鈕，選擇 TYR48 LYS77 HIS110 三個(gè)殘基，得到sele 臨時(shí)object

4. 在sele object 上點(diǎn)擊 S->stick, H->main chain

5. 在sele object 上點(diǎn)擊 L->residue

6. 設(shè)置背景為白色，點(diǎn)擊菜單欄中 Display->background->white

7. 點(diǎn)擊Mouse Mode 切換為 editing 模式

8. 按住ctrl鍵不放，然后將鼠標(biāo)移動到殘基標(biāo)簽上方，并按下鼠標(biāo)左鍵不放，然后移動鼠標(biāo)，就可以調(diào)整標(biāo)簽的位置。

9. 調(diào)整結(jié)束后，點(diǎn)擊Mouse Mode 切換為 view 模式

3.2 移動標(biāo)簽label
以PDB ID: 1w22蛋白為例，為其中的鋅離子添加標(biāo)簽。
sphere模式下不能添加label；借用PS中復(fù)制圖層的概念。為鋅離子添加label。
step1 選中鋅離子；
step2 復(fù)制鋅離子；僅僅顯示該object,并顯示為lincore模式
step3 添加label(右擊new-pseudoatom-label); 進(jìn)入edit模式，按住ctrl移動label，完成后切換回viewing模式
step4 顯示所有的object.

3.3 設(shè)置label的樣式
3.3.1 調(diào)整配體的位置
pymol中包含配體和蛋白，那我們?nèi)绾握{(diào)整配體和蛋白的相對位置。
以PDB ID: 1hkv 為例，其中配體小分子為PLP。
step1 打開蛋白文件，定位到想要移動的配體。
step2 extract 操作，提取配體為新的object，并進(jìn)行重命名。
step3 對蛋白進(jìn)行固定（最大化窗口），
step4 在edit模式下，按住shit 就可以通過鼠標(biāo)移動配體。(只是空間位置的變動，center還是不變的)

.3.2 測量距離
點(diǎn)擊菜單欄中的Wizard->Measurement 就可以進(jìn)行距離測量。然后分別選擇兩個(gè)2個(gè)原子就可以顯示這2個(gè)原子的距離。這里藍(lán)色表示N端， 紅色表示O端。
比如我們想測定TYR48中側(cè)鏈上的O原子到Lys77側(cè)鏈N原子的距離，如下操作即可：

1. 點(diǎn)擊Wizard->Measurement；打開了Measurement 面板，位于object list面板下方；

2. 選好殘基Y48和K77，鼠標(biāo)點(diǎn)擊TYR48側(cè)鏈上的O原子 和 LYS77 側(cè)鏈上面的N原子；這里為了方便，我把cartoon部分和主鏈部分給隱掉了。

3. 如要測定其他2個(gè)原子的距離，鼠標(biāo)繼續(xù)點(diǎn)擊選擇2個(gè)原子就可以了；

4. 測定完成后，點(diǎn)擊Measurement 面板中的done 就可以了。

3.3.3 突變氨基酸殘基
如把4hbk 中的arg-40 突變成 lys-40,
在菜單中點(diǎn)擊wizard->mutagenesis->protein

突變前

突變后

4. 其他技巧
4.1 設(shè)置透明度
鼠標(biāo)操作只能基于顯示模式進(jìn)行設(shè)置，如：cartoon surface sphere stick等

1. 將cartoon 設(shè)置成透明的，透明度50%；點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->cartoon->50%;

2. 將Surface 設(shè)置成透明的，透明度50%；點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->surface->50%;

3. 將Stick 設(shè)置成透明的，透明度50%；點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->stick->50%;

4. 將sphere 設(shè)置成透明的，透明度50%；點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->sphere->50%;
   除了可以設(shè)置透明度外，還可以設(shè)置透明的方式，有如下幾種透明模式：

5. Uni-layer; 點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->Uni-layer

6. Multi-Layer; 點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->Multi-Layer

7. Multi-Layer(real time oit); 點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->Multi-layer(real time oit)

8. Fast-ugly; 點(diǎn)擊菜單欄中的Setting->Transparency->Fast-ugly
   在Label操作中，我們將整個(gè)蛋白展示為cartoon,并將HIS 等3個(gè)殘基展示為stick模式; 這時(shí)候我們設(shè)置cartoon為透明50%，用4種不同的透明模式渲染，效果如下：

4.2 霧化(fogging)處理
PyMOL中支持各種霧化處理，保證depth_cue是開啟的。
前面清晰，后面霧化可通過滾動鼠標(biāo)中鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)。
向上滾動，霧化程度減輕；向上滾動，霧化程度加深。
完全不想要霧化處理，可以點(diǎn)擊 Display->Depth cue (Fogging) 取消。
或者使用命令關(guān)閉。

4.3 設(shè)置不同的光照模式
PyMOL2 中內(nèi)置5種不同的光照模式：default, metal(金屬), plastic(塑料), rubber(橡膠), X-ray。
點(diǎn)擊Plugin->lighting Settings進(jìn)行設(shè)置不同的光照,如下圖所示圖。
4.4 選擇模式
根據(jù)不同的需求，切換到不同的選擇模式，快速選擇自己想要的原子：

1. Residues 殘基選擇模式

2. Atoms 原子選擇模式

3. Molecules 分子選擇模式

4. chain 鏈選擇模式

5. Objects 模式

6. C-alphas α碳原子模式

7. Segments 片段模式

我們先將蛋白Show->as wire;然后把MET-1第一個(gè)氨基酸殘基show stick;如圖所示，
金色的表示S原子。
從上圖我們也可以看到，不同模式的區(qū)別。這里我簡單解釋下:
res模式：我們點(diǎn)擊的是硫原子，硫原子所在的res是MET-1,因此選中的是MET-1
chain模式：我們點(diǎn)擊的是硫原子，硫原子所在的chain A,因此選中的是所有屬于chain A的原子。
mol 模式：我們點(diǎn)擊的是硫原子，pymol 中是通過共價(jià)鍵來區(qū)分是否屬于一個(gè)分子，4hbk 蛋白中間缺失了部分殘基，整個(gè)蛋白分成了2部分。這里選擇的是硫原子所在的那一部分。
5. 保存或者導(dǎo)出結(jié)果
PyMOL 和 PhotoShop 有點(diǎn)類似，PyMOL中的Object 類似于 PhotoShop中的圖層。

1. PyMOL 可以將會話保存為pse文件，F(xiàn)ile->Save Session；pse 文件類似于PS中的psd文件，方便修改調(diào)整。

2. PyMOL 可以將object 導(dǎo)出為結(jié)構(gòu)文件，F(xiàn)ile->export molecule，然后從selection的下拉框中選擇需要導(dǎo)出的object, all 代表所有的object; enable 代表的可見的object;

3. 保存圖片，F(xiàn)ile->export image as->png; 在新版本的，可以使用右上角的Ray/Trace按鈕，設(shè)置圖片大小 分辨率，進(jìn)行保存圖片。

4. 保存動畫，F(xiàn)ile->export movie as->mpeg; PyMOL僅僅內(nèi)置了 mpeg_encode 編碼視頻方式，默認(rèn)只能保存mpg格式的動畫?？勺孕邢螺dffmpeg,從而可以保存為多種格式，如gif,mov,mpg等
設(shè)置pse的版本號，建議版本為0.99， 這樣PyMOL 和 PyMOL2都可以打開pse 文件

刪除蛋白的一條鏈，然后保存為pdb

• step1. 切換到chain模式

• step2. 點(diǎn)擊需要需要刪除的Chain就可以選中chain

• step3. 對新產(chǎn)生的sele object進(jìn)行刪除。

移動object在列表中的順序
鼠標(biāo)右擊待移動的object,按住鼠標(biāo)不放，移動鼠標(biāo)，調(diào)整object在列表中順序。