如何安装和使用免费的蛋白质空间结构可视化软件 PyMol

2023-05-18 23:00:13

PyMOL


PyMOL 是一款生物大分子三维结构显示软件,其中“Py”是指此软件使用 Python 语言编写,“MOL”是指 MoleculePyMOL 适用于创作高品质的小分子或生物大分子(特别是蛋白质)的三维结构图像。软件的作者宣称,在所有正式发表的科学文献中的蛋白质结构图像中,有四分之一是使用 PyMOL 来制作的。作为一个 Python enthusiast,今天我就来分享一下如何免费且合法地使用 PyMOL


PyMOL 是一个用 Python 语言编写的开放源代码、由使用者赞助的分子三维结构显示软件。其由生物信息学家 Warren Lyford DeLano 2000年编写,并且由 Schrödinger®, LLC 公司随后将其商业化发行。Schrödinger®, LLC 是一个私人的软件公司,它致力于创造出让普遍科学与教育社群都能获得的好用软件。PyMOL 的官网是:


http://www.pymol.org



当登录上面 PyMOL 的官网你就会发现,虽然该软件是开源的,但并不完全免费。“不完全”指的是只有在校学生才能享受免费下载,其他用户都需要付费,以下是价格表:



按年购买一点都不便宜!但如果你是一个 Python 开发者,和/或者看了我这篇推文,那么恭喜你,你就可以了解如何免费使用开源版的 PyMOL 了,并且是合法使用!


下面就让我来详细介绍一下如何安装和使用 PyMOL。首先安装 Python 解释器(从官网 www.python.org 下载),建议下载 3.5 版(最新版是 3.6,兼容性不那么完善):


安装成功后,进入“命令提示符”或者是 Powershell,我在这里用 Powershell 做演示。在 shell 的提示符后输入 python 回车来验证是否 Python 已安装成功:


  1. $ python


若出现下面的信息,则说明 Python 已安装成功:



输入 exit() 退出 Python 交互环境回到 shell 环境,输入 $ 提示符后的内容:


  1. $ pip install pymol


提示安装成功后,继续输入 $ 提示符后的命令:


  1. $ pip install pymol-launcher


提示信息再次显示成功后,说明你已成功安装了 PyMOL

提示符 $ 后输入 pymol,就可以启动 PyMOL 了:

  1. $ pymol


Windows 平台下的 PyMOL 启动后的界面是这样的:


安装了 PyMOL 后就可以登录 PDB 网站下载蛋白质数据(Protein Data Base)文件:

http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do



可以搜索 hemoglobin 血红蛋白),然后选择人类的,点击“下载”。用 PyMOL 打开那个文件解压后的 cif 文件,可得到血红蛋白的三维图像,还可以用鼠标旋转和放大缩小。


举例,搜索 troponin I 肌钙蛋白I),可得:


我们再搜索 choline esterase胆碱酯酶),用 PyMOL 打开如下:


点击右下角的“S”按钮(Sequence)可查看该分子的氨基酸序列,并且标记想要的氨基酸残基。


窗口上方出现的绿色字符串就是该蛋白质的氨基酸序列。由于胆碱酯酶的活性中心是丝氨酸(Serine)的巯基,丝氨酸的巯基可以被有机磷农药结合而失去活性。我们就选择一下序列中的 SSerine丝氨酸),从而定位蛋白质空间结构中的相对丝氨酸位置:



PyMOL 的具体操作由于篇幅有限,就不在此叙述了。给大家分享两段视频供学习:




PyMOL 除了查看蛋白质分子的空间结构,还可以测量、3D渲染、制图和制作动画等。这些都足以证明此款软件的强大功能,并且从另一个侧面说明其编程语言 Python 的强大和优良性能。




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最后,由于近期比特币Bitcoin)比较火,其产生和交易机制涉及到分布式计算Distributed Computing)原理。结合本推文是探讨蛋白质空间结构,即蛋白质折叠相关,在此给大家分享一段斯坦福大学(Stanford University)的公益广告《当你睡觉时你很忙,因为蛋白质在折叠》(Even While You Sleep, You Are Very Busy, Folding)。该项目就是采用了与比特币挖矿、AlphaGo 相同的技术(分布式计算)。蛋白质空间结构折叠的计算是一个浩大的计算工程,应用一般普通个人电脑甚至一般服务器很难胜任。而分布式计算恰巧可以解决这方面的问题。对于那些对蛋白质折叠计算贡献多的个体,该研究项目组会给予一定比特币或其它电子货币的奖励。希望大家能够分享自己手中的计算资源,为生物医学做一点点贡献,而不只是耗钱、耗电和耗时间去挖矿比特币。请看公益广告:



祝大家幸福安康!



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