关于VMD相关介绍（一）

文章来源：“分子动力学”公众号

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能够实现蛋白质三维结构可视化的软件非常多。这种专业级的可视化软件不仅能够做出非常漂亮的图片，它还有强大的插件支持各种各样的蛋白质结构分析。

下面给大家介绍一个功能强大的免费蛋白质三维结构可视化软件VMD 。VMD 由伊利诺伊大学研发。下载 VMD 需要先注册获得一个账户，之后就可以根据你的操作系统和机器配置选择合适的版本下载了。当然，如前所述，注册和下载对于非商业用途的用户都是免费的。VMD 的安装也极其简单。不需要预装任何语言环境，完全图形化安装过程，绝对可以轻松搞定。

一. 三级结构可视化软件VMD ：file & mouse

1.打开 VMD(图 1):对于 Windows 用户，VMD 默认安装在 C 盘–》Program Files (x86)–》University of Illinois –》VMD 文件夹下。双击图标，打开 VMD。VMD 打开后，会弹出三个窗口:VMD Main(主窗口)，VMD Display(显示窗口)，和命令窗口。

2.打开一个蛋白质结构:主窗口中点 File–》New Molecule–》弹出新窗口 Molecule File Browser(文件读取窗口)–》文件读取窗口中点 Browse–》自动打开 VMD 安装目录–》进入 proteins 文件夹–》选择 VMD 自带的演示结构 bpti.pdb–》文件读取窗口中点 Load–》显示窗口出现蛋白质结构。

3.默认的蛋白质结构显示方案:把显示窗口拖大后可以看到，VMD 读取了 PDB 文件中的原子坐标，把每一个原子以细线的形式展示在 3D 空间中。不同的原子对应的细线颜色不同。碳原子是青色的，氮原子是蓝色的，氧原子是红色的，氢原子是白色的，还有少量黄色的硫原子。

4.VMD 中鼠标的使用:有了 JSmol 的操作经历，VMD 就会很容易上手。把鼠标移到显示窗口里，按住左键，随意拖动，蛋白质就会在 3D 空间内任意旋转;按住鼠标右键拖动，蛋白质会在当前平面内 360 度旋转;前后滚动鼠标中键，可以将蛋白质放大或缩小。此外，鼠标还有更多的使用方法:主窗口上的 Mouse 菜单里可以切换鼠标模式。默认的鼠标模式是 Rotate Mode(旋转模式，R)。R 模式下，鼠标在显示窗口内为单箭头。操作即为上述三种。将鼠标模式改为 Translate Mode(移动模式，T)后，鼠标在显示窗口内变为十字箭头。T 模式下，按住鼠标左键拖动为移动结构;右键和中键都为放缩功能。此外，还有 Scale Mode(缩放模式，S)。S 模式下，鼠标在显示窗口内变为左右箭头，按住鼠标左键或右键后，左右移动，即可完成连续的缩放。这种连续的缩放，不同于滚动中键实现的缩放。在默认的情况下，所有旋转是围绕整个结构的中心点进行的。我们也可以自己指定旋转的中心。这需要把鼠标模式切换为 Center(中心模式，C)。C 模式下，鼠标在显示窗口内为十字。将十字放在想要作为旋转中心的原子上点一下，再按住鼠标左键旋转，就会以新定义的中心进行旋转。

5.恢复结构初始位置:主窗口中点 Display–》 Reset View。或者在显示窗口内单击鼠标左键以激活窗口后，点击“=”键。

二. 三级结构可视化软件VMD：representation

有关外观的设置在主窗口中的 Graphic 菜单下的 Representation 窗口里(图 1)。一个 Representation(显示状态)由三个元素构成。第一个元素是用什么样式(Style)显示，当前使用的样式是以细线显示原子(Lines)。第二个元素是用什么颜色(Color)显示，当前使用的颜色是按原子名定义的不同颜色(Name)。最后一个元素是要显示什么内容(Selection)，当前显示的内容是所有原子(all)。这三个元素分别在 Representation 窗口里的 Draw style 标签下的 Drawing Method 下拉条、 Coloring Method下拉条和Selected Atoms输入框里进行设置。

1.Drawing Method 下拉条:Lines 以细线显示原子。CPK 以不同大小的球来显示原子，原子间的连线是相应的化学键，比如碳与碳之间的共价键，硫与硫之间的二硫键等。NewCartoon 只显示蛋白质的碳骨架(backbone)，并形象的展示出不同的二级结构。每一种 Drawing Method 都可以再进一步设置显示效果。比如对于 CPK，可以调整原子球的大小(Sphere Scale)、改变化学键的粗细(Bond Radius)、以及设置更高或更低的分辨率(Sphere/Bond Resolution)

2.Coloring Method 下拉条:Name 颜色方案是一种原子一种颜色，常见的比如碳原子青色、氧原子红色、氮原子蓝色、硫原子黄色。在 NewCartoon 显示样式下，只有碳骨架被现实出来，再配以 Name 颜色方案，整个结构都是青色的。Secondary Structure 颜色方案可以为不同的二级结构赋予不同的颜色，常见的比如α螺旋紫色、β折片黄色、转角青色、松散 coil 结构白色。颜色方案 Res Type 根据氨基酸类型的不同赋予不同的颜色，比如非极性氨基酸白色、极性带正电荷的氨基酸(碱性的氨基酸)蓝色、极性带负电荷的氨基酸(酸性的氨基酸)红色、极性不带电荷的氨基酸绿色。这种颜色方案适合在显示氨基酸侧链的 Drawing Method 下观看，比如 CPK 样式。颜色方案 ResName 为 20 种氨基酸设置了 20 种不同的颜色。
3.Selected Atoms 输入框:输入框里输入需要显示的内容，比如，写“all”代表显示所有原子，也就是整个蛋白质、写“backbone”代表显示碳骨架。输入框里允许输入的关键词和语法在 Selections 标签下有详细定义。可以写 Singlewords 里面单个的单词，也可以写 Keyword 和 Value 组成的词组，还可以利用逻辑词“and/ort” 把多个单词和词组串成句子。

举例:

(1)点击 Reset 清空输入框里的内容==》Keyword 里双击 ResName 》Value 里双击 ALA(输入框里出现“ResName ALA”)》点击 Apply。显示名字为 Alanine 的氨基酸上的原子，即显示所有丙氨酸。配合 Drawing Method 设置为 CPK， Coloring Method设置为ResName。

(2)点击 Reset 清空输入框里的内容 ==》Keyword 里双击 Resid ==》Value 里双击 1 ==》点击 Apply。显示第一个氨基酸。利用这个 Keyword 和 Value 组合可以根据残基的编号选择某个或某一段氨基酸，比如，想要显示第 1 到第 10 个氨基酸，可以直接在输入框里输入“resid 1 to 10”，回车。此时显示的就是前 10 个氨基酸。

(3)Draw style 标签下，Drawing Method 设置为 NewCartoon ， Coloring Method 设置为 Secondary Structure ==》Selections 标签下，点击 Reset 清空输入框里的内容 ==》Singlewords 里面双击 alpha_helix ==》点击“or” ==》 Singlewords 里面双击 beta_sheet(输入框里出现“alpha_helix or beta_sheet”) ==》点击 Apply。通过逻辑词显示出所有的α helix 和β sheet。

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