教程—RasMol使用详解

Rasmol使用详解

一、简介

Rasmol 2.7是计算化学与分子图形学以及信息产业的同步高速发展的成果，使一个普通的科研工作人员，在自己的个人电脑上，就可以从Internet上的各种免费数据库中，下载所需观察与研究的分子坐标文件，进而通过Rasmol 2.7以各种模式、各种角度，甚至按照自己的意愿旋转着，观察此分子神秘的微观三维立体结构，进而了解化合物分子结构和各种微观性质与宏观性质之间的定量关系。Rasmol 的作者是Glaxo&Wellcome公司（世界第一大制药公司）研发中心的科学家Roger Sayle，它于1922年发明了此软件,可观看如蛋白质、核酸和微分子以及制作出版质量的图片。

二、软件特点

Rasmol 2.7最大的特点是界面简单，基本操作简单，运行非常迅速，对机器的要求较低，对小的有机分子与大分子，如蛋白质、DNA或RNA, 均能适用，且显示模式非常丰富。而且它程序短小，功能强大。尚无在功能上出其右者。其显示窗口（如下图）可以很简单通过选择相应的菜单来显示分子的三维结构。

用命令行窗口（如下图），通过输入命令可以执行和显示复杂和要求极高的三维图形。

三、下载Rasmol

Rasmol的最新版本可到该网站下载（http://www.openRasmol.org）。在Software Distributions可见到如下图所示部分：

点击图中指示条目可出现下图：

点击圆圈处即可下载最新版的适合广大windows操作系统用户的Rasmol 2.7.2.1.1。现提供该软件的下载链接与此处，方便用户立即下载。点击下载

四、使用Rasmol

双击名为raswin的图标即可启动Rasmol。启动的Rasmol分为前面介绍过的两部分：显示主窗口和行命令窗口。

Rasmol能打开pdb类型的文件，所需pdb文件可在该网站下载。（http://www.rcsb.org/pdb）可在如下图所示的搜索框中输入所要查找的物质名称：

点击search即可查到所需物质的pdb文档。我们以PTEN蛋白为例：输入PTEN,点search查找，可得到如下搜索页。

点击图中箭头所示处即可打开如下页面：

点击圆圈处即可下载该蛋白的pdb文档。

要打开刚才下载的文档，先选择File，再选择Open。如下图：

然后在弹出的选择框中选择刚才保存的名为1d5r的文档，如下图：

打开之后即在显示主窗口中显示了PTEN的结构，如下图：

特别提示：在已经打开一个pdb文档的情况下，要想打开另一个，必须先关闭前一个。点击File，选择Close，才能打开后一个，否则后一个无法显示，如下图：

五、Rasmol各项指令及演示 1．Display菜单

下面以一个小分子有机物尿素为例。打开尿素的pdb文档出现下图：

一般打开的文档Rasmol会以默认的显示方式wireframe，显示出原子之间的键，若想以其他方式观看该物质的结构，可在Display中选择。包括下图所示的几种：

如下图选择Sticks模式则原子连键会以圆柱显示：

选择Spacefill模式则可以实心球体来显示分子的立体结构：

选择Ball&Stick模式则以球-棒表示分子，原子以球表示，连键以棒表示：

由于尿素分子为小分子，所以用于显示大分子的Backbone,Ribbons,Strands和Cartoons模式无法显示，我们以一种大分子alpha螺旋为例来说明。打开alpha螺旋文档并选择Backbone模式，则可看到分子的主链以圆柱模式显示：

选择Ribbons模式，用丝带表示其结构：

选择Strands模式，用绳丝带表示其结构：

最后一种Cartoons模式主要用于表示大分子的某些特殊结构，如α螺旋、β折叠等，该模式是我们教科书上图片常常采用的格式。

2．Colours菜单

Rasmol在此菜单下可以选择多种颜色模式，以human amylase为例。在Monochrome模式只是用单色显示分子结构，如下图：

CPK模式是表示立体分子最常用、最传统的颜色模式，该模式配色以原子为基本单位：

Shapely模式每一种氨基酸或核酸的残基都有一个特定的颜色来表示，如下图：

Group模式是根据氨基酸与核酸残基在分子链中的位置进行上色，每条链从蓝色、绿色、黄色、橙色到红色，如果一条链含有大量异族分子，则颜色变化不一定从蓝色显示到红色，如下图：

Chain模式对蛋白质与核酸的每一根大分子链均以单独的颜色显示，在显示蛋白质亚基和DNA双链结构非常有用，如下图：

Temperature模式表示不同原子在分子中的不同温度值，衡量给定原子的热运行性。数值越高越偏于暖色（红），否则越偏于冷色（蓝）。如下图：

Structure模式主要用来表示蛋白质二级结构，α螺旋表示为深红色，β折叠表示为黄色，转角表示为淡蓝色，其他残基为白色。如下图：

User模式适用用户储存在pdb文件中的颜色方案显示三维分子。 3．Options菜单

此菜单中的一些选项如Hydrogens和Hetro Atoms均为默认选中的，前者选中时程序的任何操作均对氢原子有效，后者选中时对大分子中的异族原子均显示。我们以DNA为例：

Options中的Slab Mode设定了一个与显示屏垂直的Z轴，自动形成一个垂直于Z周的不可见平面，此平面以外的分子结构不显示。如下图：

Specular可以将所选择的分子表面形成打光效果，如下图：

Shadows可以在分子表面产生阴影效果，如下图：

Stereo在主窗口上显示左右两个立体分子影像，如下图：

Labels可在显示立体分子的同时，将各原子或片断相应的信息标注在上面，如下图：

4．Settings菜单

Pick ident和pick off是作为以鼠标在主窗口点选原子的开/关键，其中pick ident是程序默认打开的。开关的选择也可以在命令行窗口输入：set picking ident/set picking off来操作。

Pick distance是显示分子中两个原子间距离的，选择此项可以通过手动选取或在命令行窗口输入：set picking distance来完成。然后在主窗口中任意点取两个原子，即可显示它们间的距离，如下图：

Pick monitor和pick distance作用相同，也可以通过命令：set picking monitor打开，然后选取原子，如下图：

Pick angle用于显示三个原子间的夹角，如图依次选取三个原子，即可显示其角度：

Pick torsion可以显示四个原子间的扭曲力，如图依次选取四个原子：

Pick label可选择一个或多个原子并显示其信息，选取图中原子可得如下结果：

Pick certre可以选取一个原子为中心，使整个分子可以绕其做各种旋转活动。 Pick coord可在显示过程增加原子的坐标。 六、鼠标操作小常识

按住左键---移动鼠标可以使分子绕中心旋转 按住右键---使分子在x-y平面内平移

按住shift和鼠标左键---鼠标上移放大图像，下移缩小图像

按住shift和鼠标右键---鼠标左移以分子中心为中点在平面内顺时针旋转，右移逆时针旋转

按住ctrl和鼠标左键---上移使z平面向远离视线的方向移动并显示z平面以内的结构，下移向靠近视线的方向移动 七、命令行窗口的使用

虽然Rasmol的一些主要操作可以通过鼠标在主窗口操作来完成，但有些有用的操作还是必须通过命令行窗口来完成，而且有时以命令行窗口操作比鼠标操作更为便捷。下面我们来熟悉一些常用的命令： 1．想要打开一个分子文件，可输入：load [format] 。(注意：此处“[ ]”中的format可以省略，但“< >”中的filename不能省略。即凡是以“[ ]”标注的项都可省略，“< >”标注的项都不能省略。)该操作同鼠标操作的file?open。

如我们要打开位于D盘的DNA文件，可在命令行输入：load d:\\pdb\\DNA.pdb，也可省略为：load d:\\DNA.pdb。

2．退出程序的执行可输入：exit或quit命令。

3．想查看在线帮助主题可输入：help [topic[subtopic]]。

4．想关闭当前查看的分子文件，可输入：zap命令。操作同file?close。

5．下面我们详细介绍两个常用的命令：select 命令。该命令可以特定的选择分子中的某些原子或片断，借以color [object] 命令给选定的原子显示指定的颜色，可以在整个分子中寻找所要的原子。

我们以DNA为例来说明上面几个命令。在命令行中输入load d:\\Rasmol\\dna.pdb,打开文件，如下图：

然后输入select all选取整个分子，输入color green使整个分子显示绿色，如下图：

下面输入select backbone选择DNA的骨干，然后输入color white显示成白色，如下图：

Select 命令是用来选择物件的，可以选择的物件可为以下任意一项：

at alpha basic charged hetero large nucleic acidic amino bonded cyclic acyclic aliphatic aromatic backbone buried cystine cg helix ions neutral purine sidechain turn hydrogen hydrophobic ligand polar medium protein sheet surface pyrimidine selected small water solvent

Color 是用来给物件上色的，可选择的颜色可为以下任意一项： Black Orange Blue Brown Gold Green Pink Purple RedOrange SkyBlue White BlueTint PinkTint Cyan Grey Red SeaGreen GreenBlue Violet GreenTint HotPink Yellow Magenta YellowTint

6．下面将一些常用命令做一下系统的归纳：

Wireframe [Boolean]：显示wireframe模式，其中boolean项为on或off,下同 Wireframe ：value为一数值不可省略，改变棒状键的粗细程度

Set bondmode all：标记所有原子 Set bondmode none：不标记任何原子

Set bondmode not bonded：标记不成键的原子

Spacefill [Boolean]：显示实心球模式 Spacefill ：指定原子的半径值

Star [Boolean]：把原子显示成星状

Backbone [Boolean]：显示α碳主链 Backbone ：指定主链的半径值

Ribbons [Boolean]：显示实心的丝带 Ribbons ：指明丝带的宽度

Strands [Boolean]：把丝带显示为绳丝带 Strands ：指明绳丝带的宽度

Set strands ：指明绳丝带的绳的条数

Label [Boolean]：为原子标上标签

Ssbonds [Boolean]：显示二硫键

Ssbonds ：制定二硫键的半径

Set ssbonds backbone：在半胱氨酸的α碳之间绘制二硫键 Set ssbonds sidechain：在半胱氨酸的硫原子之间绘制二硫键

Hbonds [Boolean]：显示氢键

Hbonds ：制定氢键的半径

Set hbonds backbone：在主链α碳之间绘制氢键 Set hbonds sidechain：在供体和受体之间绘制氢键

Dots [Boolean]：显示点表面

Dots ：指明点表面的点密度

Set picking off/ident/distance/angle/torsion/label/monitor/centre/coord一系列命令同主窗口settings菜单中的相关操作 八、PDB文件格式说明

Protein Date Bank（蛋白质数据银行，简称PDB）是一个以计算机为基础的大分子结构的文档数据库。它是1971年纽约Brookhaven国家重点实验室建立的，是用来解决晶体结构的公共数据库。此库使用统一的格式来存储晶体学研究中的原子坐标和部分化学键的连接。

PDB文件中的每个记录由80个字符组成，使用打孔卡片分类法，第1到6列是记录类型标识符，第7到70列是数据，在以往的记录中第71到80列通常为空的，但有时会有数据库管理程序加入的序列信息。记录标识符前四个字符可以确定记录类型是唯一的，且大分

子中任何记录的记录号都是独立的。

对Rasmol程序来说最重要的记录类型是描述每个原子位置ATOM和HETATM记录，ATOM/HETATM记录包含了标准的原子名称和残基的缩写，并伴有相应的序列标识符、以埃为单位的坐标、空间位置和热运动因子。Format列描述了所有PDB格式中字段的使用情况，如下：

列号 1-6 7-11 13-16 17 18-20 23-26 27 31-38 39-46 47-54 55-60 61-66 68-70 73-76 77-78 79-80 目录

ATOM或HETATM

原子序列号（可以有空格） 按IUPAC标准格式的原子名称 构象标识符，用A,B,C表示 按IUPAC标准格式的残基名称 残基序列号

插入残基的编码（如：66A&66B) X坐标轴 Y坐标轴 Z坐标轴 位置 温度因子 脚注编号

片段指示符（左对齐） 元素符号（右对齐） 原子带的电荷 fmt all all all all all all all all all all all all 92 96 96 96

残基位置的编码从蛋白质N-末端开始或核酸5’端开始，假如残基序列已知，它可以省略某一原子序列号以便以后插入丢失原子。每个残基中的原子编码都是统一标准样式，从主链（蛋白质为N-C-C-O）开始，沿着α-碳增加而增加，相应侧链伴着主链显示。HETATM记录用于定义翻译后修饰，以及与主链相连的辅因子，TER用来记录主链分子中的间隙。

如果存在HEADER、COMPND、HELIX、SHEET、TURN、CONECT、CRYSTL、SCALE、MODEL、ENDMDL、EXPDTA和END记录，Rasmol还应做相关校对。分子名称、数据库编码、修订日期、分子的分类等相关信息可以从HEADER和COMPND记录中提取，最初二级结构的排列信息取自HELIX、SHEET、TURN记录，文件的结尾用END记录指明。

我们以human amylase为例来说明Format列。在word中选择文件?打开,找到文件所在目录并将文件类型选成“所有文件”，即可显示非word文档的pdb文件。如下图：

打开之后我们在最顶端可以看见如下文字：

其中HEADER项中1所标注的是分子类别--水解酶类（氧连接糖基化），2所标注的是该文件的公布日期，3所标注的是该物质的pdb代码。接下来，COMPND项中4所标注的是该化合物名称人类唾液淀粉酶。SOURCE项中5所标注的是该化合物的来源。6所标注的是结构测定者名字。下面的REMARK是此pdb文件的参考书目、最大分辨率、注解等，如下图中1处指出蛋白质原子数为3946，2处指出核酸原子数为0，3处指出异型原子数为2，4处指出溶剂原子数为169：

下面的SEQRES部分表示了该分子包含496个氨基酸残基，并将每个残基符号依次列出：

下面的HELIX部分显示的是分子中α螺旋的组成和信息，如下图：

然后下面就是β折叠的组成和信息了，如下图：

下面就是该分子的原子信息了，我们根据上面介绍过的Format列的格式列表进行一下详细的说明，如下图：

图中1框中位于1-6列的表示所指为原子，2框中位于7-11列的即为该原子序列号，3框中位于14-16列的是按IUPAC标准格式的原子名称，4框中的位于18-20列的是残基名称，5框中位于23-26列的是残基序列号，6框中位于31-38列的是原子的X坐标轴，7框中位于39-46列的是Y坐标轴，8框中位于47-54列的是Z坐标轴，9框中位于55-60列的是位置，10框中位于61-66列的是温度因子，11框中位于73-76列的是片段指示符。1-80列中没有显示的部分用空格代替了。

再向下翻页我们会遇到一个TER记录，它记录主链分子中的链末端，在TER后面的HETATM就是记录异型原子的信息了。如下图：

在HETATM记录的后面还有一些CONECT记录。CONECT详细的描述了已给出坐标的原子间的连通性。而这种连通性是以该记录的原子序列号的形式表现的。CONECT记录是用来描述那些非标准残基（包括水）和那些在标准连通性表中没有被详细列出的键。如下图：

最后，在整个文件的结尾还有一个END记录表示文件的结束。

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