3. Формат pdb файлов

Формат PDB был установлен Брукхавенской национальной лабораторией в США в 1971 г. для архивирования структур молекул (The Protein Data Bank). Структура файла содержит полную информацию о молекулах. Однако для визуализации кристаллов может быть использована значительно более простая структура файла.

Есть два варианта упрощенной записи.

Вариант 1. Запись с присвоением различным сортам атомов условных названий элементов.

В нескольких первых строках файла записывается количество атомов в системе и другая дополнительная информация, не считываемая программой (эти строки могут отсутствовать). Все последующие строки содержат информацию об отдельных атомах (одна строка на каждый атом). Строка начинается с записи HETATM. Следующие 5 позиций отводятся для порядкового номера атома в файле, причем заполнены должны быть правые позиции. Затем, с пропуском двух позиций, печатается название элемента, присвоенное атому (для этого отводятся две позиции, заполняемые слева). Затем оставляется 15 пробелов, и печатаются три координаты атомов (на каждую отводятся 8 позиций, три на дробную часть, одна на десятичную точку, эти позиции заполняются справа). Пример заполнения PDB файла приведен ниже:

3

Sample system

HETATM 1 H 0.025 72.181 0.880

HETATM 2 Cu 10.025 72.181 20.880

HETATM 3 O 0.025 72.181 4.400

Вариант 2. Запись с присвоением номеров различным сортам атомов

Аналогично первому случаю, в нескольких первых строках могут быть записаны число атомов и другая дополнительная информация. Строки, содержащие информацию об атомах, имеют следующий формат: 1-6 позиции – HETATM; 7-14 позиции – номер атома (занимаются начиная справа); 24-я позиция – тип атома; 4 пробела; три координаты по 8 позиций (3 на дробную часть, одна на десятичную точку и четыре на целую часть). Пример такого формата файла приведен ниже:

Sample PDB file

Number of Atoms = 4

HETATM 1 1 15.693 72.181 0.880

HETATM 2 1 15.693 72.181 4.400

HETATM 3 1 15.693 72.181 7.920

HETATM 4 2 15.693 72.181 11.440

4 Упражнения

Приведенные ниже упражнения рассчитаны на освоение основных функций программы визуализации на примере просмотра нескольких атомных систем, создаваемых вручную и с помощью программ построения.

4.1. Просмотр изображения готовой атомной системы и манипуляция им

Запустить программу RasMol (файл «raswin_2_7_3_ru.exe»). Открыть файл «Sample_1_GB.pdb». Просмотреть содержимое файла, открыв его в текстовом редакторе.

Рассмотреть изображение системы в режимах «Spacefill», «Ball&Stick». Рассмотреть его со всех сторон, используя манипуляции мышью. С помощью команд RasMol изменить цвет фона, представления двух сортов атомов, размеры атомов и другие параметры изображения. Используйте команды «Background», «Colour», «Rotate», «Select», «Spacefill», «Write», «Zoom» и др. В одном из положений объекта визуализации сохранить изображение в графическом формате и использовать для отчета.

4.2. Создание PDB файла для визуализации произвольной системы из двух типов атомов

С помощью текстового редактора создать файл с расширением .PDB, набрать в нем в одном из двух форматов строки для преставления произвольной системы из 3-4 атомов двух или 3 сортов (возможна визуализация реальных молекул на выбор). Визуализировать эту систему и привести в отчете распечатку содержания PDB файла и изображением системы.

4.3. Визуализация сложной атомной системы

Открыть PDB-файлы, содержащие вакансию, дислокацию, границу зерна. Визуализировать дефекты, изучить их и дать описание в отчете. В отчете привести рисунок объектов в наиболее выгодной перспективе.

4.4. Построение карт поля упругих напряжений дислокации

Программа RasMol может быть использована для построения карт напряжений по результатам расчета с помощью атомного моделирования. Большинство программ моделирования позволяет рассчитывать все 6 независимых компонентов локальных напряжений, действующих на каждый атом. Для построения карты напряжений весь интервал рассчитанных значений напряжений делится на некоторое количество n подинтервалов: ( ,₁), (₁, ₂),…, (_n-1, _n), (_n, ). Атомам, напряжение на которых относится к одному и тому же подинтервалу, присваивается одно и то же название элемента, с которым они записываются в файл PDB. Затем при визуализации каждому элементу присваивается свой цвет или градация серого цвета, а размер атомов выбирается так, чтобы они заполняли все пространство без пустот. В результате каждая область, в которой напряжения относятся к одному интервалу, окажется окрашенной в один цвет.

В папке имеются следующие файлы:

- «str.out» - файл содержащий координаты атомов и напряжения;

- «str_scl.txt» - файл, в котором приведены значения напряжений ₁, ₂,…, _n-1, _n, разделяющие напряжения на интервалы;

- «str_vis.exe» - программа, создающая PDB-файл «viz.pdb», содержащий карту напряжений;

- «script» - скрипт программы RasMol для визуализации карты напряжений;

- «markers.pdb» - PDB-файл, являющийся маркером значений интервалов напряжений.