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【VMD】1.基本操作

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VMD的基本操作

参考入门教程 — VMD中文教程 2024.09 文档

基本信息

VMD软件界面

VMD启动后会看到三个窗口：

  • VMD Main：VMD的主窗口
    • 若碰到VMDMain窗口显示不出来的情况，尝试在命令行窗口输入menu main on。如果还不行，输入menu main move 100 100再试。
  • 图形窗口：观看体系结构
  • 命令行窗口：也叫Console窗口，VMD的一些状态信息、提示信息会显示在其中，并且可以在其中使用操作系统和VMD的内置命令，以及运行Td分析脚本

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VMD main窗口

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  • 菜单栏下面的标题栏：
    • ID：载入的每个体系自动分配唯一的ID，依次顺延
    • Frames：包含的帧数
    • Vol：体数据数目
  • 每个体系有T,A,D,F状态，双击可以切换状态，黑色/红色对应开启/关闭。也可以在菜单栏“Molecule”中操作。
    • T：代表Top。如果载入了多个体系，T在哪个上面，进度条的范围就由哪个体系决定
    • A：代表Active，即允许播放轨迹
    • D：代表Display，即显示此体系
    • F：代表Fixed，即调整视角时保持不动
  • ⇤，⇥：切换到第一帧或最后一帧
  • ◀、▶：逆向播放或正向播放
  • ↤、↦：向前或向后移动一帧
  • Loop：轨迹播放方式
  • step：轨迹播放步长
  • speed：轨迹播放速度

载入结构

Windows有两种方法载入结构：

  • 对于结构文件，可以直接把文件拖入到VMD Main窗口，文件类型会根据后缀名自行判断。

  • 标准的载入方式是用“File(或在空白的地方点右键)-> New Molecule”，然后选择要载入的文件。

    • 此时目录名不可有中文。如果没有正确判断出文件类型应当自行选择。

    VMD Main界面

    Molecule File Browser

载入后将在VMDMain窗口产生一个新的ID。

Linux下可以用比如vmd foo.pdb在启动时直接载入文件。

载入轨迹

载入GROMACS的轨迹文件(trr/xtc)前需要先载入对应的gro或者pdb文件以提供原子信息。然后可以通过两种方式：

  • “选中文件右键→Load Data into Molecular”
  • 在Molecule File Browser窗口（“FIle→New Molecular”）。 确认和选择load files for：对应0：pull.gro名称； 点击 Browse 找到pull.xtc文件。 最后点击load。
    • 左下角的Frames：可以设定只载入轨迹哪些帧号范围以及载入间隔
    • 更好、更快的载入方式是选上 Load all at once后载入。

其他：

  • 载入较长轨迹的过程中建议在Graphics - Representation中把默认的表示取消显示，这样会显著加快载入速度。

选中文件右键：

  • Rename：修改体系名称。默 认名是一开始载入的文件的路径名
  • Delete Frames：可以将轨迹中指定范围删除，也可以指定每隔凡帧删除一次。
  • Abort FileI/O：载入过程中选择此选项可以终止载入。

载入GROMACS轨迹的标准方式

  1. 载入gro文件，假设此时体系D=i(gro文件具体是哪个任务产生的无所谓，但里面的原子数、原子顺序需要和被载入的轨迹文件完全相同)
  2. 删除ID=i的仅有的一帧(即gro里的结构)
  3. 将轨迹载入到ID=的体系当中

图形界面载入大轨迹速度比较慢，建议通过命令行载入大轨迹：vmd em.gro md.xtc。代表载入em.gro后，再把md.xtc里的轨迹载入进去。之后应手动删除第0帧。

载入轨迹时内存不足导致崩溃的解决办法

在载入轨迹过程中，VMD的内存占用率会不断上升。当64bit版VMD的内存占用超过剩余物理内存，或者32bit版VMD占用内存达到约2GB时，VMD就会崩溃。解决办法:

  • 如用的Windows 32 bit版VMD，用Linux 64 bit版VMD。
    • 1.9.4测试版也有官方的Windows 64 bit版但bug巨多，1.9.3有第三方编译的Windows 64 bit版：http://bbs.keinsci.com/thread-23119-1-1.html
    • 每隔一定帧数载入一帧(载入界面里通过stride设置)。内存占用量与载入的轨迹帧数成正比
    • 去掉轨迹中不感兴趣的原子。例如蛋白质+水体系可以通过gmxtjconv工具去掉水分子部分后再载入
    • 一次分析一部分轨迹。可以自行分割轨迹，也可以载入轨迹时通过First和Last指定载入哪部分轨迹

保存轨迹

VMDMain窗口中选中某个体系，点右键之后选Save Coordinates，可以把当前结构或者轨迹中的指定部分保存成新文件。VMD因此也能起到格式转换的作用。

常用的记录分子结构的xyz、pdb文件也可以用来储存轨迹，并且载入这样的轨迹文件前不用先载入结构文件。不过缺点是体积比较大。

Save Trajectort

从上往下：

  • Save data from：保存轨迹的体系
  • Selected atoms：保存的原子范围。可以用VMD的选择语句指定，填all会保存所有原子
  • File type：新文件的类型
  • Frames：要保存的帧号范围和间隔

Mouse

../_images/mouseMode2024-09-24_094901.380188.png

三个基本模式

RST：

  • 旋转模式（R）,默认模式：在VMD Main->Mouse->选择Rotate Mode; 或者在Display窗口，按R或者r 进行切换。
  • 平移模式 (T)：在VMD Main->Mouse->选择Translate Mode; 或者在Display窗口，按T或者t 进行切换。
  • 缩放模式（S）：在VMD Main->Mouse->选择Scale Mode; 或者在Display窗口，按S或者s 进行切换。

旋转模式下（R）：

  • 按住鼠标左键：上下左右自由旋转；
  • 滚动鼠标中键可以进行缩放，或者缩放模式下（S）。
  • 按住鼠标右键、左右拖动：垂直于屏幕旋转

平移模式下（T）：

  • 按住鼠标左键：上下左右自由移动；
  • 滚动鼠标中键：进行缩放；
  • 按住鼠标右键：前后移动，较少使用；

缩放模式下（S）：

  • 按住鼠标左、中、右键，左右移动鼠标都可以缩放，右键的幅度会更大。

恢复视图：Display -> Reset View或按=：将当前显示的对象居中

Center：C

按c键后点击一个原子：之后旋转视图绕这个原子旋转

结构的测量

Label 0123：原子、键、键角、二面角的测量和标记

  • 0：激活图形窗口井按数字键0进入原子查询模式后, 点击某个原子,在文本窗口就会显示原子的各种信 息,如坐标、编号、原子名、所属残基等。
  • 1、2、3：选择Mouse - Label 里的相应项目或者点键盘上相应数字键后, 点击相应数目的原子,就会把 原子、键长、键角、二面角标 注出来.距离单位为埃。

风格编辑：

  • 在Graphics→Labels中，可以检阅被标记的原子的详细信息，还可以把标记的键长/键角/二面角进行作图，并且导出数据。也可以隐藏/删除标记

Labels

  • 颜色的修改见Graphics→Colors
  • VMD的一个缺点是没法显示所有原子的序号。但可以通过VMD的脚本来实现，详见卢天的脚本atmlab.fcl和博文。

播放周期性计算的轨迹时往往出现胡乱连键的现象。这是因为VMD是按照最开始载入的结构依据原子间距离判断的成键，但随着模拟进行，有的原子穿越盒子后向到另一头，成键就混乱了。解决方法：

  • 用gmx trjconv命令接-pbc mol转换轨迹，使分子保持完整
  • 用DynamicBonds绘制风格显示
  • 命令行窗口执行mol bondsrecalc all;mol reanalyze all，会对当前帧、所有体系所有原子重新判断成键，但只解决当前一帧的问题(all改为top可只对top体系更新)

结构的修改

VMD不是专门的建模、体系结构编辑程序，只能做简单的结构调整。

Move 5678：

  • 在Mouse-Move菜单中选择相应项目，或者直接按键盘上的相应数字键，然后点击原子进行拖动，可以平移相应部分。
    • 如果按住shif键后进行拖动，则可以旋转相应部分。

点击Add/Remove Bonds后再点击两个原子，可以使它们成键或取消原先的键连。

Graphics

Labels

  • 选择Graph：可以选择项目后，勾选show preview，可以预览键长键角的变化，还可以Save导出为文本文件。

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  • 标签尺寸、粗细、颜色、相对于原子核位置都可以调。

    ../_images/labelStyle2024-09-23_201206.950127.png

    • 标签里的属性：
      • %a：atom name
      • %d：resid
      • %i：atom index (0-based)
      • %1： atom index (1-based)
      • %e：atomic element
      • %b：beta
      • %c：chain
      • %C：conformation
      • %f：user-applied force
      • %F：current trajectory frame
      • %m：mass
      • %n：molecule index
      • %N：molecule name
      • %o：occupancy
      • %p：atom periodic element number
      • %q：atom charge
      • %R：resname in upper-case
      • %1： 1-char resname in upper-case
      • %r：resname in camel case
      • %s：segname
      • %t：atom type
      • %T：physical time
      • %x, %y, %z

Representation

界面介绍

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  • Selected Molecule：选择哪个ID设定显示方式
  • Create Rep：创建新的表示 (Representation) ，可创建无数多,效果会叠加
  • Delete Rep：删除当前表示
  • Seleted Atoms：被选择的原子
  • Coloring Method：着色方式
  • Material：材质
  • Drawing Method：绘制风格
    • 后面是不同绘制风格的具体设定
  • Apply Changes Automatically：调整设定后立即见效，默认为开启

Drawing Style选项卡

常用着色方式

  • Name：按照原子名着色
  • Element：按照元素着色
  • ResName/Type/ID：按照残基名、残基类型、残基序号着色
  • Chain：按照链名着色
  • Secondary Structure：根据二级结构着色
  • ColorID：直接指定颜色ID
  • Beta：根据pdb的B因子(bet字段)数值着色
  • Position：根据x/y/z或径向坐标大小着色
  • Fragment：根据所属片段着色
  • Index：按照原子序号着色
  • Backbone：将蛋白质骨架和侧链分开着色
  • Volume：按照格点数据的数值着色

常用绘制风格（Trace到NewCartoon专门用于显示蛋白质、核酸）

  • Lines：用细线描绘结构，显示速度最快
  • Bonds：用空心圆柱显示化学键
  • DynamicBonds：同上，但是不是根据VMD在载入分子结构时对成键的判断来显示，而是根据当前坐标实时判断成键
  • HBonds：虚线显示体系中的氢键(不管是什么原子，带着氢的就被视为氢键给体原子，不带氢的就被视为氢键受体原子)
  • Points：用圆点显示原子
  • VDW：将原子用范德华球描绘
  • CPK：用球棍方式显示
  • Licorice：很常用，比Bonds更好看，因为键的末端是半圆型封闭的
  • QuickSurf：快速方式显示分子表面
  • VolumeSlice：显示格点数据的截面图
  • Beads：相邻原子一起用较大圆球显示
  • Isosurface：显示格点数据等值面图

Selection 选项卡

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Singlewords中双击可以使用，Apply是应用选择语句，Reset是清空选择语句，Macro definition是具体的定义

  • all：所有原子
  • none：无原子
  • noh：氢以外的原子
  • ion：离子
  • water：水
  • backbone：生物大分子骨架
  • sidechain：生物大分子侧链
  • protein：蛋白
  • nucleic：核酸
  • helix：螺旋
  • alpha_helix：alpha螺旋(是helix中的子集，较长一段螺旋才算)
  • sheet：折叠
  • turn：转角

  • coil：盘绕

  • alpha：蛋白质的alpha碳

  • acidic：pH=7时带负电氨基酸
  • basic：pH=7时带正电氨基酸
  • charged：acidic和basic的并集
  • neutral：电中性氨基酸
  • polar：极性残基
  • hydrophobic：疏水性残基
  • bonded：成键的原子
  • hetero：非蛋白质和核酸的部分
  • carbon, hydrogen, oxygen,nitrogen、sulfur：相应元素

还有些关键词是需要后面接具体参数的，如name CA、x>5。在此窗口中可以看到对于当前体系可以接的参数。

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  • name：原子名
  • index：原子序号(从0开始)
  • serial：原子序号(从1开始)
  • type：原子类型
  • element：元素名
  • resname：残基名
  • residue：残基编号，从O开始
  • resid：残基编号，从1开始。若结构文件里有残基号则与之一致
  • chain：链名
  • fragment：片段编号。VMD在载入结构时会对每个键连的片段设定一个编号
  • numbonds：成键数目
  • structure：二级结构
  • x,y,z：X/Y/Z坐标
  • vx，vy，vz：X/Y/Z速度
  • beta：pdb文件中的beta值
  • mass：原子质量
  • charge：原子电荷

范围选择语句基本语法

  • 可以用()或{}指定语句处理的优先顺序
  • 对双引号内的字符可以使用正则表达式。
  • 用单引号则里面的字符可以避免被转义
  • 判断语句：<、<=、=、>=、>、!=
  • 与、或、非：and、or、not
  • 函数：sqr(平方)、sqrt(开根号)、abs、sin、cos、tan、atan、asin、acos、 sinh、 cosh、tanh、exp、 log、 log10

  • 运算符：+、-、*、1，也可以用^或**来表示多少次方

  • within 5 of AAA：距离AAA 5埃以内的原子。用pbwithin则考虑周期边界条件

  • exwithin 5 of AAA：同上，但不包含AAA自身
  • withinbonds 2 of AAA：距离AAA≤两个键的原子
  • same p as AAA：与AAA选区的p属性相同的部分
  • ringsize 5 from AAA：处于AAA中五元环上的原子
  • maxringsize 6 from AAA：处于AAA中≤六元环的原子

例子：

范围选择语句实例

  • Chain B：B链的原子
  • numbonds=2：形成了两个键的原子
  • index 5 to 200 210：序号在5~200内的原子以及210号原子
  • protein or nucleic：蛋白质与核酸的原子
  • resname ALA CYS ARG：丙氨酸、半胱氨酸、精氨酸原子
  • backbone not helix：除了螺旋区域以外的骨架原子
  • name CA CB或name "CA|CB" 或name "C[AB]"或name "C(A|B)"：名为CA和CB的原子
  • name"C."：名字为两个字符且第一个字符为C的原子
  • name"CG.*"：名为CG或开头字符为CG的所有原子
  • name"CE[1-3]"：名字为CE1、CE2、CE3的原子
  • name "C[6-9]" or name "C[12][0-9]" or name "C3[01]"： 名字从C6到C31的原子
  • name'O5*'：个别原子名带星号，选取时要用单引号括住

  • resname 'CA2+'或resname "CA2\+"：带正负号的也要用单引号括住以免转义，或者括在双引号里并加上斜杠

  • mass>5：质量大于5的原子

  • abs(charge)>1：电荷大小超过1的原子
  • serial%2=0：序号为偶数的原子
  • x<6 and x>3：选择x在3~6埃区域内的一层原子
  • x>1 and x<8 and y>24 and y<35 and z>1 and z<5：一个矩形区域内的原子
  • sqr(x-5)+sqr(y+4)+sqr(z) < sqr(5)： 以(5,-4,0)点为中心半径5埃以内的原子
  • ((x-33)2+(y-14.5)^2)<12^2 and z<40 and z>10：选择以x=33、y=14.5埃为中心，半径为12埃，z范围在10-40埃的柱形区域
  • x+y+z<80：斜切面内侧的原子

  • not {oxygen and numbonds=0}：扣除孤立的氧原子(可以用于去除X光衍射pdb文件里的结晶水)

  • within 6 of protein：距离蛋白质6埃以内的原子

  • not within 5 of resname ADP：距离名为ADP的分子5埃以外的原子
  • water within 5 of residue 8 to 44：距离8-44号残基5埃以内的水中的原子
  • withinbonds 2 of index 31：距离编号为31原子的两个键及以内的原子
  • maxringsize 6 from protein：蛋自当中所有六元及六元以下环上的原子
  • same resname as resid 33：所有与33号残基相同名称的残基
  • same residue as {protein within 5 of nucleic}： 与核酸的原子相距5埃以内的蛋白的原子，并且把被截断的残基保留完整
  • x > 15 and not same fragment as {exwithin 8 of protein}：蛋白质以及蛋白质8埃范围以外的原子，保留完整片段，同时x坐标得大于15埃

选择范围的更新：

使用诸如x<20这样的涉及到空间范围的选择语句时，原子是在刚输入此命令时候按照指定规则选定的，之后不会随着帧号的改变而更新。只有选择Update Selection Every Frame后才会在播放轨迹时每一帧都重新按照指定规则确定被选择的原子。当取消这个选项后，选定的原子范围将维持在最后一次更新的情况。

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Periodic

显示周期镜像Graphics - Representation界面中可以点击Periodic标签页的相应复选框来将相应方向的镜像盒子显示出来。

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Color

Graphics-Colors里面可以对颜色进行自由的设定，比如背景色、对每种元素/残基/二级结构等等的着色(必须着色方式选了相应项才能看到效果)

  • 修改背景颜色：

    image-20260814154037441

    如果希望默认就是白背景，在vmd.rc最后加入color Display Background white

有用可戳(●ˇ∀ˇ●)