入门教程

主要讲述VMD中常见的图形界面（鼠标）操作。

VMD软件界面介绍

注解

VMD的稳定版本是1.9.3，本教程以1.9.3版本进行介绍。 大部分内容也适用于其他版本的VMD。

VMD 软件界面如下图所示，主要由3部分组成，如下图所示。

第一部分是VMD的显示窗口（OpenGL Display）； 第二部分是VMD的主窗口（VMD Main） 第三部分是VMD的命令窗口;

../_images/VMD_3WIN2024-09-22_131832.945343.png

载入单个蛋白结构（PDB）

以肌红蛋白（PDB ID: 1MBN ） 为例进行介绍。 文件：https://files.rcsb.org/download/1MBN.pdb

在主窗口（VMD main）中点击FILE -> New Molecule

../_images/VMDopen2024-09-22_141453.945268.png

然后点击Browse 找到需要打开的PDB文件，再点击Load，就可以载入蛋白。

../_images/loadprot2024-09-22_141912.740591.png

在VMD Display 窗口中，我们可以看到肌红蛋白，如下图所示：

../_images/1MBN2024-09-22_142207.310404.png

默认是以lines的形式显示的蛋白。

肌红蛋白的cartoonb表现形式绘制

肌红蛋白（PDB ID: 1MBN ） 含有辅因子铁血红素（Ferroheme） 。 蛋白以PyMol中的cartoon形式进行展示，基于二级结构自动着色。 血红素以stick的形式进行展示。

注解

PyMol 和 VMD 都有PhotoShop层Layer的概念。 其中VMD 一切都是层Layer。 理解这个概念非常重要。

step1. 在VMD MAIN窗口的菜单点击Graphics -> Representations… 打开Graphical Represetations窗口，如下图所示。

../_images/representations2024-09-22_172819.420663.png

从上图，我们可以看到我们处理的分子是1MBN，只有lines一种表现形式。

注解

Drawing Method 方法有很多种，先不一一介绍。 后面会详细介绍每一种方法对应的形式。

step2. 修改蛋白为PyMol的cartoon形式。 首先我们Drawing Method方法从 lines 修改为 NewCartoon， 以及把coloring method方法从 Name 修改为Secondary Structure， 最后点击Apply, 如下图所示，我们可以看到蛋白结构变为PyMol的Cartoon形式了。

../_images/newcartoon_color2024-09-22_175219.500913.png

step3. 修改铁血红素为stick形式。

注解

VMD的显示窗口，只有显示功能，没有其他功能。 选择配体的功能，都是在Graphical Represetations窗口中完成。

从 1MBN 网站上我们知道辅因子铁血红素的 残基名称是HEM.

step 3.1 在Graphical Represetations窗口中，点击Create Rep,给这个分子创建了一个层， 这个层后续用来显示HEM。

step 3.2 在selectd atoms 框中输入 resname HEM 并点击apply;

注解

确定好原子后，一定要立即点击apply使生效。

step 3.3 首先我们Drawing Method方法修改为 Licorice， 以及把coloring method方法修改为 Name，bing点击apply;如下图所示。

../_images/sticklincorice2024-09-22_195910.916345.png

渲染和导出图片（Tachyon）

VMD 内置了多种渲染图片的算法，其中Tachyon是最常用的算法。

首先在VMD命令行窗口查看和修改当前的工作路径。

../_images/pwd2024-09-22_202342.093713.png

我们把工作路径从VMD的安装目录 D:/Program Files (x86)/University of Illinois/VMD 切换到D盘根目录 D:/。

注解

pwd（print working directory”）命令会输出当前的工作目录。

图片默认会导出到该目录下面。

可以通过cd 命令切换工作目录。

然后在VMD main 窗口点击 File -> Render 打开 File Render Controls窗口。 接着选择渲染算法 Tachyon, 设置导出的图片名称1MBN，最后点击Start Rendering。

../_images/render2024-09-22_203743.977496.png

在D盘的根目录下有 D:/1MBN.bmp图片，如下图所示。

../_images/1MBN2024-09-22_203955.793912.bmp

保存VMD的状态

保存VMD的状态,生成vmd 文件，类似PyMol的pml 文件。

在VMD main 窗口点击File -> Save Visualization State… 保存文件为 1MBN.vmd 1MBN.vmd 。

../_images/VMD_STATE2024-09-23_145222.565052.png

注解

xxx.vmd 文件不包含分子本身的数据。 是VMD命令的文本文件。因此要确保当前目录下面有xxx.vmd 需要的所有分子文件。

如果共享vmd文件给其他人，也要同时共享分子文件， 同时用文本打开vmd文件，注意其中的路径。

导出分子的坐标

  1. 在VMD MAIN的分子列表窗口选择感兴趣的分子；背景为绿色代表分子被选中。

2. 鼠标右击感兴趣的分子，选择Save Coordinates… 或者在VMD MAIN的窗口，点击File->Save Coordinates…

如下图所示：

../_images/opensavecd2024-10-29_143317.201965.png
  1. 点击下拉框列表，选择感兴趣的原子；或者自定义感兴趣的原子。

注解

下拉框和Graphic Representation中的内容一致

  1. 设置感兴趣的帧数。

5. 点击save 如下图所示：

../_images/savecoord2024-10-29_143912.351224.png

分子的显示方式

Drawing Method: 1. 蛋白的显示方式：

1. Cartoon (卡通模型)：用螺旋和带状结构表示蛋白质的二级结构，适合展示蛋白质的α螺旋、β折叠和环结构，直观显示整体折叠方式。
2. NewRibbon (新带状模型)：类似于 Cartoon，但更适合展示更详细的二级结构，尤其是当你需要对蛋白质结构的走向有更清晰的了解时。
3. Surface (表面模型)：显示蛋白质的分子表面结构，适合分析蛋白质与其他分子的相互作用，尤其是识别活性位点和相互作用区域。
4. Licorice (甘草模型)：有时也用于蛋白质的小部分，例如显示活性位点的氨基酸或分析配体结合。
  1. 小分子的显示方式：
1. CPK (球棒模型)：用于突出小分子原子的大小和键的分布。球体表示原子，棒表示键，适合用于查看分子的整体形态和相互作用。
2. Licorice (甘草模型)：显示键之间的连接关系，适合分析小分子的键和原子的相对位置。
3. Lines (线条模型)：用简单的线条表示原子间的键，适用于展示小分子的整体结构，并减少视觉复杂度。
4. VDW (范德华表面)：展示小分子的原子范德华力半径，适合用来研究分子的表面与其他分子或环境的相互作用。

原子选择(selected atoms)

http://sobereva.com/504

修改背景颜色

VMD默认背景颜色是黑色的，发表文章图片背景通常是白色。

黑色背景省电，白色背景省墨。

在VMD main 窗口点击 Graphics -> Colors… 打开 color controls 窗口。 然后在 color controls 窗口进行设置， Categories 中选择Display, Names 中选择Backgriund, Colors 中选择8White 。

../_images/bgc2024-09-23_151547.778659.png

关闭坐标轴

默认VMD的左下角有1个坐标轴。 在VMD Main窗口，点击Display->Axes->off 进行关闭。

../_images/axes2024-09-23_154017.388390.png

显示蛋白表面（Surf）

在VMD MAIN窗口的菜单点击Graphics -> Representations…

step 1 选择图层创建复制新图层。

../_images/layerRep2024-09-23_164832.391373.png

注解

Create Rep 代表的是Create new copy of selected representation。

因此我们需要先选择合适的图层，然后再点击Create Rep按钮。

step 2 对新创建的图层进行设置，修改Drawing Method为Surf; Coloring Method 为Color ID 和8； Material 为Transparent 。如下图所示，

../_images/surfsetting2024-09-23_165858.276512.png

生成的蛋白表面如下图所示：

../_images/1MBNsurf.dat2024-09-23_170408.086515.bmp

创建Label

为了标注图片中的各个对象是什么，可以通过Label进行创建。

step1. 首先将鼠标从默认的Rotate Mode切换到Label模式， 在VMD Main窗口，点击 Mouse -> Label -> Atom1，如下图所示。

../_images/labelatom2024-09-23_184547.188309.png

切换成功后，鼠标放到OpenGL Display窗口会变成十字架。

step2. 在openGL 窗口点选感兴趣的原子，比如点击辅因子HEM中心原子；

step3. 修改Label的颜色

默认Label的颜色是绿色，这里我将颜色修改为粉色（Pink）。

在VMD Main窗口中点击 Graphics -> Colors… , 打开Color Controls窗口。 Categories 中选择 Labels, Names中选择Atoms, Colors 从默认的7 green 修改为 9pink， 如下图所示。

../_images/LabelColor2024-09-23_193506.471534.png

step4. 修改Label内容和移动Label到合适位置

在VMD Main窗口中点击 Graphics -> Labels… , 打开Labels窗口。

1. 选择Label的类型atoms；

2. 点选需要修改的label, 选中后label的背景颜色变成绿色；

3. 点选Properties标签，

4. 在Format文本框中修改Label的内容为Fe

5. 移动Label的位置，使得Label 更加清晰。
../_images/labelStyle2024-09-23_201206.950127.png

step5. 修改Label的大小和粗细。

在Labels窗口，

1. 点选Properties标签，

2. 在Format文本框中修改Label的内容为Fe

3. 移动Label的位置，使得Label 更加清晰。
../_images/LabelSize2024-09-23_201315.871734.png

注解

Mouse 在Rotate Mode + Label模式下， 按住鼠标左键移动进行旋转分子； 滚动鼠标中键进行缩放操作。 熟练使用鼠标可以点击任意想要点击的原子。

点击一下原子，会创建Label, 再点击一次该原子会删除Label 。

测量距离（bond)

测量任意两个原子的距离，将鼠标模式切换到rotate 模式+Label bond模式。

方法1：在VMD Main 窗口,点击Mouse->Rotate  和Mouse->label->bond。

方法2：在Display 窗口，点击R（代表Rotate） 和 2（代表bond）。

调整视图，然后鼠标依次点击2个原子，完成距离的测量， 会自动给2个原子添加Label,以及距离添加Label,如下图所示。

../_images/bond2024-09-24_110050.890033.png

如上图所示，CMA和CMB两个原子的距离是5.26Å 。

删除原子的Label:

在VMD Main 窗口，点击Graphics->Labels 打开Label窗口。 首先选择 Atoms，然后按住shift 或者 Ctrl 选择所有你不要的Label,最后点击删除，如下图所示。

../_images/dellabel2024-09-24_111434.926727.png

修改距离的颜色:

在VMD Main 窗口，点击Graphics->Colors 打开Color Controls窗口。

如下图所示，依次点击Labels-> bond-> 4yellow。

../_images/BONDCOLOR2024-09-24_112257.070373.png

输出效果图：

../_images/bondlabel5262024-09-24_113113.692703.bmp

注解

在VMD中测量等同于Label。

测量角度(Angle)

测量任意三个原子的角度，将鼠标模式切换到rotate 模式+Label Angle模式。

方法1：在VMD Main 窗口,点击Mouse->Rotate  和Mouse->label->Angle。

方法2：在Display 窗口，点击R（代表Rotate） 和 3（代表angle）。

调整视图，然后鼠标依次点击3个原子，完成角度的测量。

测量二面角(Dihedral)

测量任意两个原子的距离，将鼠标模式切换到rotate 模式+Label Dihedrals模式。

方法1：在VMD Main 窗口,点击Mouse->Rotate  和Mouse->label->Dihedrals。

方法2：在Display 窗口，点击R（代表Rotate） 和 4（代表Dihedrals）。

调整视图，然后鼠标依次点击4个原子，完成二面角的测量。

恢复视图

方法一：

在 VMD Main 窗口点击Display -> Reset View;

方法二：

在 OpenGL Display窗口，按键盘=;

鼠标模式

熟练切换鼠标模式，可以调整获得任意你想要的视图和信息。

在VMD Main 窗口，点击Mouse, 一共支持3个基本模式和8个拓展模式，如下图所示。

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

3个基本模式：

1. 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。
2. 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。
3. 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）：

1. 按住鼠标左键可以上下左右自由旋转；
2. 滚动鼠标中键可以进行缩放；
3. 按住鼠标右键可以沿着屏幕法线方向旋转；

平移模式下（T）：

1. 按住鼠标左键可以上下左右自由移动；
2. 滚动鼠标中键可以进行缩放；
3. 按住鼠标右键可以前后移动，较少使用；

缩放模式下（S）：

1. 按住鼠标左键可以缩放；
2. 滚动鼠标中键可以缩放；
3. 按住鼠标右键可以缩放；

8个拓展模式：

注解

拓展模式不可以单独使用；一定是和基础模式搭配使用。

  1. 拓展模式-Label

比如我在R模式下，对原子进行Label,

在Display窗口，先按R/r, 确认进入到旋转模式， 调整视图，然后按1进行原子label 模式，点选原子。

注解

所有的鼠标模式，都可以通过快捷键切换。 入门：记住3个常用的快捷键； 掌握：记住9个快捷键； 精通：记住所有的快捷键；

渲染模式RenderMode

VMD支持3种渲染模式：

  1. Normal: 这是 VMD 的默认渲染模式，使用基本的 OpenGL 图形指令进行渲染。能快速显示分子结构和表面。
  2. GLSL: 能提供更精细的视觉效果，比如更真实的光影、材质、和反射效果。适合生成高质量的分子可视化图像。
  3. Acrobat3D： 用于生成与 Adobe Acrobat 3D 兼容的图形输出。这种格式允许将 3D 模型嵌入到 PDF 文件中，便于分享和展示。

通过在VMD Main 窗口中，点击Diplay -> Rendermode 进行选择不同的渲染模式。

注解

正常情况，选择Normalm模式。

发表文章或者显示蛋白表面，切换到GLSL模式，更加清晰。

../_images/Normal_GLSL2024-09-23_162049.161628.png

Graphical Representations中的Atom selecton

蛋白的表现形式(Representations)

载入动力学轨迹

VMD支持多种格式的分子动力学轨迹格式，这里以gromacsamberschrodiger为列进行介绍。

载入gromacs格式的轨迹，需要结构文件（gro)和轨迹文件（xtc）文件。

这里我以T4蛋白的拉伸动力学轨迹为例进行介绍。

下载`T4轨迹 <https://pan.baidu.com/s/1vBAvMxRZ6h-kONU-ccoUYw?pwd=68u5>`_文件：

https://pan.baidu.com/s/1vBAvMxRZ6h-kONU-ccoUYw?pwd=68u5

一共包含2个文件：pull.gro 和 pull.xtc 。

首先在VMD main 窗口，点击File -> New Molecule…， 打开Molecule File Browser窗口。然后点击Browse 找到pull.gro文件。最后点击load。

../_images/loadgro2024-09-24_140550.020382.png

接着在Molecule File Browser窗口。 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。

../_images/frames2024-09-24_150644.400037.png

加载完毕，一共有502帧。

载入amber格式的轨迹

载入schrodinger格式的轨迹

配置videomach

VideoMach 是一款视频编辑和转换工具,VMD 制作动画默认用的是videomach。

如何配置videomach 变量，使得VMD 能够自动找到videomach。

首先下载并安装 VideoMach 。

我的安装路径是 C:Program Files (x86)VideoMachvideomach.exe 。

../_images/videomach2024-09-23_143233.359339.png

基于轨迹制作动画

素材： T4蛋白的拉伸动力学模拟

包含3个文件： 1. pull_nopbc.vmd； 2.pull_nopbc.gro； 3.pull_nopbc.xtc
通过网盘分享的文件：T4_pull_nopbc.zip
链接: https://pan.baidu.com/s/1CQcU8xwY7pvjVNu0LBTaww?pwd=dx22 提取码: dx22

注解

将3个文件放到VMD的工作目录中, 这样可以通过File->load visual state 加载VMD 文件；

在制作动画之前，确保安装并 配置好videomach 。

如下图所示，点击Extensions->Visualization->Movie Maker,打开动画制作窗口。

../_images/movieMaker_start2024-10-10_203203.720084.png

在动画制作窗口中，首先 Moving settings中选择trajectory, 然后依次设置输出目录，动画名称；最后点击制作动画按钮。

../_images/movieMAKING2024-10-10_204008.528284.png

输出动画:

../_images/T4_PULL2024-10-10_204610.446858.gif

动力学轨迹中距离变化的可视化

首先按照这个`方法 <http://vmd.chenzhaoqiang.com/intro/startManual.html#bond>`_ 测量感兴趣的距离，

这里我们对99号氨基酸ALA和配体JZ4形成的氢键距离比较感兴趣，我们首先利用鼠标的bond模式，测量距离。 然后点击Graphics->Labels 打开labels管理窗口， 再在labels管理窗口下，依次选择Labels的类型为Bonds, 选择感兴趣的bond label， 点击Graph标签，最后点击Graph…按钮，如下图所示：

../_images/bond_range2024-10-11_103331.185991.png

输出：

../_images/bondresult2024-10-11_103806.392144.png

从这里我们可以看出小分子大约在270左右开始从口袋中解离。

注解

VMD 适合快速查看结果。 发表文章建议用python重新绘图。

VMD配置文件.vmdrc和vmd.rc

The .vmdrc and vmd.rc files

在windows中总的配置文件位于VMD的安装路径中。 比如我的vmd.rc 位于 D:Program Files (x86)University of IllinoisVMDvmd.rc

打开vmd.rc 文件，

#  mol default selection {name CA}
#  mol default material {Transparent}