PyMOL 是一款基于 Python 开发的三维结构可视化的软件。个人觉得同 VMD 及 SPDBV 相比，其操作更加简单灵活、图形更加美观，而且可以使用命令行进行批处理，本文主要记录鼠标操作的相关内容。

1.安装

　　由于 PyMOL 是基于 Python 开发的，所以需先安装 pmw（Python 可以通过直接安装来 Anoconda 完成）。其还依赖 Pmw ，可以通过 pip install pmw 提前安装好，若网络不好，可通过更改 pip 的镜像地址来改善，如使用清华源来安装 pip install pmw -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple。
　　随后从下方链接中下载 pymol，其版本比较多所以在下载的时候需要根据系统及 Python 版本来进行选择，我的电脑是 Windows 64 位系统，Python 版本是 3.7，所以选择下载 pymol-2.5.0a0-cp37-cp37m-win_amd64.whl，然后在cmd 中运行 pip install pymol-2.5.0a0-cp37-cp37m-win_amd64.whl 来安装，故后续记录均针对该版本，老版本不做说明。

下载地址：https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/

　　下载地址中不仅包含 pymol，还有pmw，所以 pmw 同样可以使用如上方法本地安装，避免因网络问题而失败的情况。
　　安装完成后，启动图标位于 C:\ProgramData\Anaconda3\Scripts\pymol.exe ，双击即可启动，建议发送到桌面快捷方式或固定到开始屏幕。也可以将 bdb 文件的默认打开方式设置为 PyMOL。

2.入门笔记

2.1 主界面介绍

　　PyMOL 的主界面如下，其中红框部分为 External GUI，可以点击 Display - External GUI - Toggle Floating 或使用快捷键 Ctrl + E 将该部分与初始界面分离或合并。External GUI 主要有三个功能模块：② 操作记录窗口、③ 常用命令窗口和 ④ 命令输入窗口，余下模块分别如下：

  • ① 菜单栏
  • ⑤ 可视化窗口
  • ⑥ 对象窗口，显示编辑的文件，类似于图层的概念。
  • ⑦ 模式窗口，主要控制鼠标的控制模式

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2.2 切换工作路径及载入文件

　　可以通过点击 File - Working Directory - Change... 来切换路径，也可以输入指令进行切换，建议不同项目使用不同的工作路径。
载入文件有三种方式：

  • 点击 File - Open... 加载文件
  • 拖拽文件至可视化窗口
  • 使用 load指令
# 切换至 C:\Users\DELL\Desktop\pymol\pdb 
cd C:\Users\DELL\Desktop\pymol\pdb
# 查看当前工作路径
pwd
# 加载 protein.pdb 
load protein.pdb

　　PyMOL 可以通过 File - Get PDB... 来下载 PDB 文件，如下图所示，只需在红框中填入 四字母的 PDB ID（如 4hbk），点击下方的 Download 即可。

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2.3 简单的平移、缩放

  • 平移：按住鼠标中键不放后移动鼠标
  • 旋转：按住鼠标左键不放后移动鼠标
  • 缩放：按住鼠标右键不放后移动鼠标
  • 切割：滚动鼠标中键

　　若鼠标功能与上述不符，可以点击 File - Reinitialize - Original Settings 来恢复默认设置。

2.4 设置背景颜色及显示结构的序列

设置背景颜色：Display - Background - white
显示结构序列：Display - Sequence 或者直接点击模式窗口中的 S，如下图红框部分所示。

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2.5 对象窗口

　　载入 4hbk 蛋白后，使用鼠标随意选择几个氨基酸，对象窗口会出现三个object，其中 all 代表的是其中包含的所有项目，4hbk 则是刚刚载入的蛋白，而（sele）就是随意选择的几个氨基酸。

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　　每个项目中后面均有A、S、H、L 和 C 五个选项，意义如下：

  • A: Action，包含放大、剧中，复制，显示及比对等一系列的操作。
  • S: Show，设置不同的显示方式。
  • H: Hide，隐藏显示的方式，与 S 基本对应。
  • L: Lable，设置不同的标记方式。
  • C: Color，设置不同的着色方式。

2.5.1 Show 和 Hide

　　需要注意 Show 中有如下两种改变外观的方式，以变化为 licorice 为例：

  • S - licorice：在原有的基础上，添加 licorice 这一层外观
  • S - as - licorice：改变外观为 licorice

　　了解了有无 as 的区别后，根据需求更改为所需样式即可。Hide 基本和 Show 基本对应，故在此不一一赘述。

2.5.2 Action

　　Action 中的包含如下所示较为多样的功能，需注意其中标红的为不可逆的操作，不能通过 Ctrl + Z 恢复。

pymol-1-4.png

2.5.2.1 Action 中显示操作

　　Action 中 preset 可以便捷的修改显示方式，主要有以下几种显示方式：

  • simple：简单形式
  • ball and stick：球棍模型
  • b-factor putty：基于 b-factor 数值显示蛋白的柔性
  • pretty：美观的 cartoon 样式
  • publication：高质量出版标准

　　preset 中还包含查看小分子和蛋白的氢键作用的功能，具体操作如下，其中 ligand sites 后有许多显示选项，根据需求选择。下图展示 cartoon 选项的结果，红色的小分子和蛋白作用的结果展示。

  • A - preset - ligand sites

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2.5.2.2 Action 中对象的复制、剪切、删除和重命名
  • 复制：A - Copy to object - new
  • 重命名：A - rename object
  • 删除：A - delete object
  • 剪切：选中需要剪切的部分后点击 A - Extract
2.5.2.3 Action 中氢原子和水分子的相关操作

　　水分子只有标红的删除操作：A - remove waters

　　氢原子在 line 和 stick 模式下面可见，以 4hbk 为例，先将模式调整为 S - as - licorice ，再依次进行下面操作并体会变化。

  • A - Hydrogens - add：增加所有氢原子
  • A - Hydrogens - remove non polar：删除所有非极性氢原子，可以看到C上的氢原子全部被删除
  • A - Hydrogens - remove：再次删除所有氢原子
  • A - Hydrogens - add polar：增加极性氢原子
2.5.2.4 Action 显示蛋白的静电势图

操作和结果如下所示：
Action - generate - vacuum_electrostatics - protein contact potentia

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2.5.3 Color

  • C - by element：按原子类型着色
  • C - by chain：按链着色
  • C - by ss：按二级结构着色
  • C - reds：整体标红

2.5.4 Lable

选择好需要 Lable 的对象后，可以对其进行如下不同方式的标记。

  • L - residue：在 α 碳原子上标记其氨基酸残基三字母名字和编号
  • L - residue（oneletter）：标记其氨基酸残基一字母名字和编号
  • L - one letter code：标记其氨基酸残基一字母名字
  • L - element symbol：显示对象上所有原子的元素名字
  • L - vdw radius：显示原子的范德华半径
  • L - clear：删除该对象上所有的 Label

　　由于后续会调整不同的角度，所以默认 Lable 位置很大概率需要调整，调整步骤如下：

  1. 单击下图模式窗口中红框部分，将 Mouse Mode 由 Viewing 改为 Editing。

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  1. 按住 Ctrl 后使用鼠标左键拖拽 Label 至适当的位置，拖拽过程中鼠标左键同样是按住不放的状态，调整结束后别忘了将 Mouse Mode 改回 Viewing 状态。

2.6 测量距离

  1. 点击 Wizard - Measurement，如下图所示在界面右下方会出现 Measurement 界面。
  2. 选择所需测量距离的两个原子，如有多个需要测量，成对选择即可。
  3. 测量完成后，点击 done 结束。

pymol-1-9.png

　　注意：默认测定的距离是保留 1 位小数，如果想要显示 2 位小数，可点击菜单栏中的 Setting - Edit All，然后搜索 label_digits，把后面的数值设置为2就可以了。

2.7 突变氨基酸残基

  1. 在菜单中点击 wizard - mutagenesis - protein，如下图所示打开氨基酸突变栏。
  2. 选择所需突变的氨基酸。
  3. 单击 No Mutation 后选择所需突变成的氨基酸。
  4. 单击 Apply 将氨基酸替换为目的氨基酸。
  5. 单击 Done 完成突变。

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2.8 设置透明度和光照模式

　　透明度设置位于 Setting 中的 Transparency。其中不仅可以设置不同模式的透明度（如cartoon、surface 和stick等），还预设有4种不同的透明方式，可以自行修改观察效果。

　　光照模式位于 Plugin 中的 lighting Settings 中。里面预设 5 种类型（default, metal, plastic, rubber and X-ray），根据需求自行修改即可。

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2.9 鼠标的选择模式

　　如下图所示，简单介绍 Mouse Mode 为 Viewing 情况下的 Selecting 模式，有如下几种：

  • Residues 残基选择模式
  • Chain 链选择模式
  • Segments 片段模式
  • Objects 模式
  • Molecules 分子选择模式
  • C-alphas α碳原子模式
  • Atoms 原子选择模式

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2.10 保存项目及导出结果

  • File - Save Session：保存为pse 文件，方便修改调整。
  • File - export image as - png：保存图片，可以使用如下图所示的 Draw/Ray 按钮，在设置图片大小及分辨率后保存图片。
  • File - export molecule：然后从 selection 的下拉框中选择需要导出的object，all 代表所有的object。

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参考资料：
1.PyMOL中文教程
2.免费开源版(非Edu版)PyMOL安装教程
3.win10系统下如何安装pymol？
4.PyMOL | Pymol绘图教程（一）
5.高质量PyMOL作图教程
6.Pymol（1.8.6）作图技巧之cartoon和surface镶嵌模型
7.教程：Pymol, Chimera预测点突变蛋白结构