分子图形软件网络教程.docx

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分子图形软件网络教程

DSViewerPro

DSViewerPro是基于PC机硬件平台的显示效果最佳的软件之一，它具有构建、显示、分析和测定分子性质等多种功能：

（1）使用DSViewerPro的绘图工具，用户可在屏幕的工作区内绘制二维分子的骨架，软件内存储了原子的成键化学数据，可进一步构建三维分子结构模型。

DSViewerPro可以方便地通过坐标变化构建同分异构体，也可以通过扭角变化构建同分异构体。

构建的分子模型可在三维空间中任意旋转、平移、缩放，可方便地从任何角度观看分子模型的全部或局部。

用户还可以根据自己的意愿对原子和化学键进行着色或标定，以增强显示效果。

（2）具有多种分子结构的显示模式：

线形、棒型、球棒、比例球棒、电子云空间填充、多面体等。

DSViewerPro提供了蛋白质、DNA等生物大分子的带状显示模式，它还可显示晶胞和分子表面图形，除了显示有机分子模型外，对于许多聚合物材料和无机材料也有特殊的显示模式。

（3）分子中不同化学键和原子可以通过不同颜色和大小进行区分，显示顔色丰富多彩，显示效果良好。

用户可任意调整显示质量和打印质量，高质量的显示和打印明显地增加了图形外沿的平滑，可以方便地将高分辨率的分子结构图形进行排版和印刷。

（4）用户可以将分子的结构性质参数拷贝到Excel兼容的电子表格，也可以将分子模型直接拷贝并嵌入到MicrosoftOffice文件中。

在Office文件中，通过双击这些嵌入分子图形，可调用DSViewerPro程序，直接进行编辑处理。

（5）DSViewerPro带有较强的计算功能，可方便地进行分子结构几何参数测定，显示出键长、键角、二面角、非键距离和其他立体化学信息，这些数据会随着分子结构的变动和调整进行动态地修改。

DSViewerPro可提供两个窗口，以纵向平铺方式显示结构层次窗口和3D窗口。

（6）DSViewerPro可以读入多种分子图形软件的格式文件，它可以将ISIS/Draw绘制的二维结构的格式文件自动转换成三维分子结构模型，还可以读入晶体衍射数据。

DSViewerPro可输出多种格式分子图形文件，最具有特色的是它可以输出VRMLWorld格式的文件（.wrl），而不必使用其它的转换程序。

DSViewerPro最新版本是版，Accelrys公司提供DSViewerProSuit的30天试用版免费软件，它除了不具备建立分子模型等少数功能之外，其他功能与DSViewerPro基本相同。

本节说明DSViewerPro的使用方法。

DSViewerPro的程序界面由下拉式菜单、水平工具栏、垂直工具栏和工作区等组成，如图9-7所示。

在工作区中根据不同的工作目的，可以显示分子模型的3D窗口，或者显示结构数据的数据表，或者显示分子层次等级的Hierarchy窗口。

3D窗口可用于显示分子模型，并通过3D工具对窗口中的模型进行旋转、平移和缩放，还可以通过绘制工具构建分子模型，并进行文本注释等。

1．菜单选项介绍

DSViewerPro基本命令是通过选择下拉式菜单中的命令选项实现的，程序提供以下7个下拉菜单：

（1）File（文件）菜单有：

New（建立新文件）、Open（打开已有文件）、OpenLocation（在互联网上打开文件）、Close（关闭文件）、Save（存盘）、Saveas（将文件另存为）、Print（打印）、Printpreview（打印预览）、Printsetup（打印设置）、Send（通过E-mail发送）、Exit（退出程序）等选项。

图9-7DSViewerPro的程序界面

（2）Edit（编辑）菜单有：

Undo（取消上一个操作）、Redo（重复上一个操作）、Cut（剪切）、Copy（复制）、Paste（粘贴）、Delete（删除）、Pastefrom（从指定位置粘贴）、Selectall（全部选择）、Select（选择）、Group（将选定的内容组合成组）和Properties（性质）等选项。

（3）View（显示）菜单有：

DisplayStyle（显示模式）、Color（颜色）、ResetRotation（恢复旋转前状态）、FittoScreen（在窗口合适位置显示模型）、Center（在窗口中间显示模型）、Animate（动画显示）、Spin（自动旋转显示）、FullScreen（全屏显示）、Show（显示）、Hide（隐藏）、ShowAll（显示窗口中的全部内容）、ShowOnly（仅显示选定内容）、ToolBar（工具栏显示）和Option（参数选项）等选项。

（4）Tools（工具）菜单有：

Hydrogens（氢原子）、Labels（标识符号）、Monitors（结构参数测定）、Surfaces（分子表面）、QueryFeature（疑问性质）、Markers（原子标识）、CrystalCell（晶胞参数）、ElementProperties（元素性质）、CalculateProperties（计算性质）、EnterCommand（运行命令）、PlayScript（运行命令文件）等选项。

（5）Modify（修改）菜单有：

Element（原子元素符号）、Charge（电荷状态）、Bond（化学键类型）、Hybridization（杂化方式）、Stereochemistry（手性立体结构）、InsertAtom（插入原子）、ContractBond（缩减键）、InvertCenter（构型倒置）、Fuse（融合）、AlignStructure（排列结构）、TorsionKick（通过扭角变化构建同分异构体）、CoordinateKick（通过坐标变化构建同分异构体）、CleanStructure（构建三维分子结构）、AddonMolecules（能量优化）等选项。

（6）Window（窗口）菜单有：

New3DWindow（新建三维分子模型窗口）、NewStereo3DWindow（新建三维立体分子模型窗口）、NewHierarchyWindow（新建层次结构窗口）、NewDataTable（新建数据表窗口）、Cascade（叠层显示窗口）、TileHorizontal（水平平铺显示窗口）、TileVertical（垂直平铺显示窗口）、TitleMoleculesinWindows（将窗口中分子平铺显示）、ArrangeIcons（重排图标）、CloseAll（关闭所有窗口）等选项。

（7）Help（帮助）菜单有：

Contents（目录）、Index（索引）、TipoftheDay（每日一题）、AboutViewerPro（关于信息）等选项。

2.工具栏介绍

除了上述菜单指令以外，DSViewerPro还提供了各种工具图标。

在菜单栏下方有水平工具栏，水平工具栏共有22个工具图标。

按从左至右的顺序分别是：

New（建立新文件）、Open（打开已有文件）、Save（存盘）、Print（打印）、Cut（剪切）、Copy（复制）、Paste（粘贴）、FittoScreen（在窗口合适位置显示模型）、DisplayStyle（显示模式）、Measure（结构数据）、CalculateProperties（计算分子性质）、AddHydrogens（加氢）、HideHydrogens（隐藏氢原子）、SingleBond（单键工具）、DoubleBond（双键工具）、AromaticBond（芳香键工具）、TripleBond（三键工具）、ChangeElement（改变元素）、CleanStructure（构建结构模型）、CoordinateKick（通过坐标变化构建同分异构体）、Dreiding（能量优化）、TorsionKick（通过扭角变化构建同分异构体）。

上述工具栏图标是系统安装后的默认图标，用户可以使用View／Toolbars命令增减其它工具图标的显示，也可以通过Customize选项定制自己个性化的工具栏图标。

在主窗口的左侧还有垂直工具栏，垂直工具栏共有13图标，用于屏幕显示、选择、控制和建立分子模型。

按从上至下顺序分别是：

Select（选择，F5）、Rotate（旋转，F6）、Translate（平移，F7）、Zoom（尺寸缩放，F8）、Torsion（旋转扭角）、Sketch（绘制结构）、Ring（绘制环状结构）、Chain（绘制链状结构）、Annotation（注释文本）、TextBox（带框注释文本）、TextCallout（带指向框注释文本）等。

最后二个工具图标只有在使用层次结构窗口才可使用，它们是：

Select（选择）、Display（显示）。

在点击某一工具图标之后，在屏幕最下方的状态栏会显示该图标的操作帮助提示。

使用垂直工具栏的工具时，还要注意以下要点：

（1）如果要将“Select”（选择）工具的选择方式由“Lasso”（套索）改为“Rubberbandbox”（矩形框）可使用View／Options／Tool命令更改。

（2）完成了一个选择操作后，如要进行多个对象的同时选择，可按下“Shift”键，再进行另一个选择。

（3）使用“Torsion”（旋转扭角）工具时，先要点击构成扭角的中间化学键，再进行拖拉旋转。

（4）如果工作区中存在多个分子或对象，要对某一个分子或对象进行旋转或平移操作，可先选择该分子或对象，按“Ctrl”键，再进行“Rotate”（旋转）或“Translate”（平移）操作。

（5）如要选择某一分子，可双击分子中任一个原子或键。

（6）使用键盘的四个光标移动键（左、右、上、下），也可以对分子结构进行X、Y轴旋转。

使用键盘上“PageUp”和“PageDown”键，也可对分子结构进行缩放操作.

使用DSViewerPro具有绘制分子模型的基本功能。

图9-8是Luciferin（虫萤光素）分子二维结构图。

现以此结构为例，说明构建分子模型的过程：

图9-8Luciferin（虫萤光素）分子二维结构图

（1）绘制分子结构时，程序默认的显示方式是球棒方式（BallandStick），如要将显示方式改为直线式（Line），可使用View／Options／SketchandClean／DefaultSketch／Line命令。

（2）点击垂直工具栏上“Ring”（环状）图标，按“Ctrl”键，画有大π键的。

。

。

在窗口中适当位置点击拖拉形成一个苯环结构（原子序号1-6）。

在原子2、3之间点击拖拉生成一个并接的五元环（原子序号7-9）。

（3）使用“Sketch”（绘制）工具，点击原子8，向左拖拉后双击，生成原子10。

再使用环状（Ring）工具，点击原子10向左拖拉，生成五员环。

（4）使用“Sketch”（绘制）工具，点击原子12，生成原子15。

再从原子15生成原子16和17。

另外，从原子5生成原子18。

（5）使用“Select”（选择）工具，点击原子7，按“Shift”键，同选同改~点击原子11，从键盘输入“N”，原子7和11的元素由碳改变为氮（蓝色）。

同样，将原子16、17、18的碳原子改变为氧原子（红色）。

最后，将原子9、14的碳原子改变为硫原子（橙色）。

（6）使用“Select”（选择）工具，点击原子7、8中间部分，选择单键7－8，按“Shift”键，选择单键10－11和15－16，再在工具栏上点击“DoubleBond”图标（双键），将以上三个单键改变为双键。

（7）点击水平工具栏上“AddHydrogens”（加氢）图标，增加了8个氢原子（序号19-26）。

（8）点击水平工具栏上“CleanStructure”（建模）图标，程序会根据各元素的键级和杂化方式给出标准化的键长、键角和扭角，使分子模型的构型较为合理。

（9）点击水平工具栏上“Dreiding”（能量优化）图标，程序根据Dreiding分子力学方法进行能量优化，优化收敛后得到一个局域最小点的构型。

使用垂直工具栏上相应的工具，可实时地对分子模型进行旋转、平移和缩放操作，以取得最佳的视觉效果。

使用“Rotate（F6）”工具对分子进行三维旋转操作（拖动鼠标左键可沿X、Y轴方向旋转，或按“Shift”键的拖动可沿Z的旋转），使用“Translate（F7）”工具进行平移操作（拖动鼠标左键使模型在窗口内移动），使用“Zoom（F8）”工具进行缩放操作（向上拖动鼠标左键可使显示模型增大，反之变小）。

此外，使用View／FittoScreen命令（或点横向工具栏上的相应图标），使显示模型位于窗口的合适位置。

使用View／FullScreen命令（F2键）可进行全屏显示（FullScreen）操作。

使用View／Spin开关命令，可使分子模型自动绕X轴旋转。

1．原子显示（Atom）

DSViewerPro程序提供了多种原子显示模式。

对于普通分子，主要有线形（Line）、棒状（Stick）、球棒状（BallandStick）、比例球棒状（ScaledBallandStick）、空间填充（CPK）、多面体（Polyhedron）等模式。

点击工具栏上的“DisplayStyle”图标（“Ctrl+D”），在DisplayStyle（显示方式）窗口的Atom选项中，选择合适的显示方式，如图9-9所示。

另外，还可以根据需要在Stick、Ball、CPK输入数值，改变棒、球和填充球的大小。

在ColorBy的下拉菜单具有以下显示颜色类型：

Element、ParentColor、Charge和Molecule等。

在Custom选项中，用户可以自行定义所喜爱的颜色。

以虫萤光素为例，图9-7的左边部分是原子的线状图显示，图9-10是棒状图显示，图9-11是球棒状图显示，图9-12是比例球棒状图显示，图9-13是空间填充图显示，图9-14是铱化合物的中心铱原子的多面体显示。

图9-9原子显示模式的选择

图9-10Luciferin（虫萤光素）的棒状图

图9-11Luciferin（虫萤光素）的球棒状图显示

图9-12Luciferin（虫萤光素）的比例球棒状图显示

图9-13Luciferin（虫萤光素）的空间填充图显示

图9-14铱化合物的中心铱原子的多面体显示

2．标记显示（Label）

使用Tools／Labels／Add…命令（或右键点击工作区窗口选择Labels），可弹出标记窗口，如图9-15所示。

在Object的下拉菜单有以下选项：

Atom、Bond和Molecule。

在Attribute的下拉菜单有以下选项：

ID、Name、Parent、PartialCharge和XYZ。

使用Tools／Labels／Remove命令，可以删除已经增加的标记。

图9-15设定标记窗口

3．蛋白性质显示（Protein）

点击工具栏上的“DisplayStyle”图标（或“Ctrl+D”），再选择Protein选项，可进入蛋白质显示设定窗口，如图9-16所示。

由于蛋白质分子的复杂性和特殊性，显示蛋白质分子时有不同的显示方法，Protein显示选项中含有7种显示方式：

CaWire、CaStick、LineRibbon、FlatRibbon、SolidRibbon、Tube、Schematic。

在ColorBy的下拉菜单有以下选项：

Residue、Hydrophobicity、pKa、CApha、SecondaryType、AminoAcidChain、Molecule和Cell。

图9-17是Protease（蛋白酶）的示意（Schematic）显示模式。

图9-16蛋白质显示设定窗口

图9-17Protease（蛋白酶）的示意（Schematic）显示模式。

4．脱氧核糖核酸/核糖核酸的显示（DNA/RNA）

点击工具栏上的“DisplayStyle”图标（或“Ctrl+D”），再选择DNA/RNA选项，可进入脱氧核糖核酸/核糖核酸的显示设定窗口，如图9-18所示。

DNA/RNA的Backbone选项中有Arrows和Tubes显示方式。

BasePairs选项中有Ladder和Rings显示方式。

在ColorBy的下拉菜单有以下选项：

Residue、BaseType、NucleicAcidChain、Molecule和Cell。

使用Windows／NewHierarchyWindows命令，能以纵向平铺方式显示结构层次窗口（Hierarchy窗口）和3D窗口。

结构层次窗口用于显示3D窗口分子模型的结构层次。

对于一个小分子，在该窗口中只显示分子及其所含的原子两个层次的信息。

对于一个生物大分子，则可以分别依次显示蛋白质分子、肽链、官能团和原子等层次信息。

点击“+”可扩展显示层次，点击“-”则可缩减显示层次，它类似于Windows中的文件夹的树状结构。

用户可以根据分子模型的结构，在结构层次窗口中选择一个或数个对象（原子、化学键、核酸、氨基酸链、核酸链、氨基酸链），则在3D窗口中的图形部分也作了对应的选择，再使用View／Show、Hide、Showall、ShowOnly等命令，控制该部分显示或者不显示。

在结构层次窗口的选择和显示，也可使用垂直工具栏最下方的“Select”和“Display”工具。

结构层次窗口的使用对于显示复杂大分子的子结构带来了很大的方便。

图9-19是酵母DNA碎片和蛋白质二聚体的显示图及结构层次窗口。

图9-18DNA/RNA显示设定窗口

图9-19酵母DNA碎片和蛋白质二聚体的显示图及结构层次窗口

5．晶胞的显示（Cell）

使用Tools／CrystalCell…命令，可在晶胞构建的窗口进行显示设定，如图9-20所示。

该窗口还有CellParameters（晶胞参数）、Style（网格显示方式）、SpaceGroup（空间群）、Preferences（参数）等选项，用户可根据需要进行必要的设置。

图9-21是黄铁矿晶胞图。

图9-20晶胞构建的设定窗口

图9-21黄铁矿晶胞图

6．分子表面的显示（Surface）

使用Tools／Surface／Add…命令，可显示分子表面图。

表面显示方式有：

Solvent（溶剂可及）、Soft（柔和）、VDW（范德华）三种方式。

图9-22是Luciferin（虫萤光素）的VWD的分子表面显示图。

图9-22Luciferin（虫萤光素）的VWD分子表面显示图

1．结构参数的测定

DSViewerPro可以计算分子模型的以下结构数据：

键长、键角、非键距离、二面角、氢键和分子表面形态等，这些数据可为分子的进一步研究提供详细的信息。

用户自己绘制的分子结构，在测定结构参数前，一般需要对进行分子结构模型进行构建操作（CleanStructure）和能量优化（Dreiding），使分子模型接近于实际分子状态。

如果要在显示分子模型时，进行结构参数的监测，可使用选择工具，点击或拖动鼠标选择需要测定的对象（包含的分子、原子和化学键等）。

例如，计算键长要同时选择构成化学键的两个原子（黄色显示），计算键角要同时选择形成键角的三个原子。

然后使用Tool／Monitors命令，并从中选择以下的具体选项：

Distance（距离）、Angle（角度）、Torsion（扭角）、Centroid（质心）、Chirality（手性）、Hbond（氢键）、Bump（原子接触）、Structure（结构）。

此时屏幕上将显示测定数据和标识，如果要删除以上显示的数据信息，可使用Tool／Monitors／Remove命令。

DSViewerPro默认显示窗口是显示分子模型的3D窗口，使用Window／NewDataTable命令可以打开数据表窗口，此时在屏幕上将出现一个数据表格窗口（DataTableWindow）。

对于普通小分子，数据窗口可以给出三类分子数据，分别为分子（Molecule）数据、原子（Atom）数据和化学键（Bond）数据表。

对于蛋白质等大分子还可以显示核酸、氨基酸和肽链的结构信息。

显示的项目随分子结构模型的不同而有所不同。

分子数据表可给出分子名称、分子中原子数目、分子式、相对分子质量、分子体积等数据。

原子数据表可给出原子编号、元素名称和符号、杂化类型、荷电状态和手性构型等数据。

化学键数据表给出化学键的类型和长度。

当进行分子模型的结构数据的监测时，计算的所有数据在数据表中也都有专项显示。

例如测定了距离、角度和氢键以后，在数据窗口中将出现上述测定结果表。

晶胞数据可以使用Tools／CrystalCell命令得到，包括分子晶胞所有参数和该晶系所属空间点群类型等数据。

图9-23是酵母DNA碎片和蛋白质二聚体的数据表窗口。

图9-23酵母DNA碎片和蛋白质二聚体的数据表窗口

2．数据的输入和输出

DSViewerPro除了使用默认的文件格式（.msv）进行输入和输出外，还可使用多种图形文件格式。

DSViewerPro可直接打开多种着名的图形格式文件，这为用户读入其它图形软件的输出文件提供很大的方便，使软件的适应能力大大增强。

这些图形文件格式有：

Viewer、BrookhavenPDB、MDLMOL、InsightIICAR、CambridgeCrystallog