15:44 2007年3月19日的修订版本

UCSF Chimera是由美国加州大学圣迭亚哥分校CGL实验室（UCSF Computer Graphics Laboratory，CGL)开发的一个生物学软件。UCSF Chimera是一个高度可扩充的、交互式的分子结构显示、分析系统。Chimera可以读取多种格式的分子结构和相关数据，并用不同的方式显示出来，还能够生成高质量的图像、动画以便于印刷、展示。Chimera还可以：显示、分析电镜密度图；利用对称性来显示高度有序的结构；显示多序列比对；允许做分子动力轨道和锚定（docking）分析。 Chimera对学术、政府、非盈利性和个人的使用是免费的，并有很多文档、指南来指导初学者使用。Chimera可以在各种平台上使用，包括Windows,MacOS X,Linux,SGI,Unix等平台。 下载地址 [[1]]

安装Chimera后，双击打开Chimera，显示如下界面：

然后单击“File”－＞“Open”，打开目标文件选择界面，如下图:

Chimera可以支持很多种格式，如下列格式的体数据,点击“all (guess type)”， 显示支持的文件格式，如本文中的MRC格式。

打开MRC文件后，除了在主窗口中显示结构外，同时弹出一个Volume Viewer窗口。

在Volume View中有很多特性工具，可以在菜单“Features”菜单中选择，也可以定制默认界面。 默认界面中部分参数的作用如下图：

打开MRC数据后，在Chimera主窗口打开菜单“Tools”－＞“Volume data”－＞“Volume Eraser”，

在主窗口中出现一个粉红色小球，并弹出一个Volume Eraser窗口。在Volume Eraser窗口中， Color可以改变小球的颜色，radius可以改变小球的半径。小球可以用“Ctrl+鼠标右键”（默认方式）移动.

下面两张图，分别是Erase前、后的图像，可见粉红小球的数据被擦除掉（erase)了。

为了方便各个蛋白域之间的相互区分，我们可以用“Surface Color”来对体数据进行染色。

UCSF Chimera　Tutorials

一款强大的图形处理工具软件，是结构生物学重要的常用软件之一。 详细的用户手册说明：

主要三个方面： 1）指南---新手入门 2）基本函数—Chinmera 的核心特征 3）工具—专业工具和应用 本地安装具有一些无法实现的功能，可以e-mail到 the UCSF Computer Graphics Laboratory (CGL) web site 获取最新的说明和服务

界面： The Chimera 窗口

窗口包括最顶端的菜单选项，图标显示的工具栏，命令行和状态栏 菜单条（Menu Bar） File, Select, Actions, Tools, Favorites, and Help. 文件（File） 选择 (Select) 行为 (Actions) 工具 (Tools) 偏好 (Favorites) 帮助 (Help)

工具条(Toolbar) 包含图标的工具条。 可通过General preferences选择设置以及通过Tools preferences选择是否显示。（Favorites…preferences） 图形窗口（Graphics Window） 分子结构等3D数据都是通过图形窗口显示。默认的背景为黑色。可以通过(Actions... Color) 或者 set bg_color命令, Background preferences来改变背景颜色。 命令行（The Command Line ）

多样化命令。 多种打开方式：工具在General Controls类中　（Favorites…preferences） There are several ways to start the Command Line, a tool in the category. Ctrl-u % 清除命令行内容 up arrow and down arrow or Ctrl-p and Ctrl-n % 上下移动命令行 点击最右面的倒三角图标，可以看到历史记录 ，Command Line而且会显示现在正在运行的模型。打开的模型会用黑体字显示，点击数字前面的方块图标可以选择是否激活模型。失活的模型不会响应移动或者平移等命令。点击All 可以激活全部的模型。 还可以通过Model Panel 或者命令select实现 Selection（选择） 在Chimera中，选择被特殊的元件应用（原子，残基等），执行动作或者操作。元件可以通过the Actions menu, the Selection Inspector, or commands等调用。在命令中，可以通过selected, sel, or picked等调用。以前的选择命令可以被命名和调用。例如：sel=selection_name 或者 selection_name. 默认情况下，选择是绿色外框，内容在status line显示。单击选择按钮可以打开Selection Inspector。 作选择的方法： • 绘图窗口　picking • 选择菜单 • 应用select命令 • 某些工具的应用 可以通过Select... Selection Mode (current_mode)增加，减少，插入，或则和替代已存的选择；current_mode　显示当前设置。

Summary of Arrow Key Shortcuts（箭头快键的总结） 当键盘聚焦在主Chimera窗口时，箭头键可以加速选择： • up arrow - broaden the selection 选择扩大 • down arrow - narrow the selection 选择缩小 • right arrow - invert the selection within selected models 选择翻转 • Shift-right arrow - invert the selection within all models 模型全部翻转 • left arrow - undo the most recent selection operation 撤销 • Shift-left arrow - clear the selection 清除选择

状态栏（Status Line）

可以通过Messages preferences 和the Accelerators dialog来控制状态栏显示与否。右面的The selection 按钮控制显示已选目标。点击会打开the Selection Inspector.

The Selection Inspector（选择控制器） 作用：改变某些当前选择的特性。 打开方法： • 菜单 Actions... Inspect • the status line 右面的按钮 • by choosing Inspect from the context menu obtained by double-picking an atom, bond, or pseudobond (that is, doubleclicking with the button assigned to picking) 可以选择的内容： • Atom 原子 • Bond 键 • Residue 残基 • Molecule model 分子模型 • Pseudobond 假键 • MSMS surface MSMS 表面 Write List... 可以打开专门的窗口，并按照专门规格的说明书形式保存选择； Write PDB... 可以打开专门的窗口，并按照专门的PDB形式保存选择； Close 关闭the Selection Inspector； Help 帮助文件。 如果选择的目标有多种属性，会用"-- multiple --" or ">1"表示

原子特性： 表示形式： o dot 　点 o ball 　球 o endcap 　棍状 o sphere 　球体 • color (a color well) –原子水平染色 • displayed -是否在原子水平上显示 o false o true • IDATM type -原子类型 （当前不可更改） • label – 添加标签信息 • label color 标签颜色 • radius – 显示球型原子的半径 • surface color (a color well) – 原子水平的表面颜色 • surface displayed -是否在原子水平显示表面颜色 o false o true • surface opacity - 表面透明性（0：完全透明；1：完全不透明）负数表示应用不透明性 键特性： • 键形式—键图形模式： o wire 线状 o stick 棍状 • color (a color well)染色 – 键的单独染色。可以通过bondcolor命令调用。注意：染色的分配只是在半键模式（halfbond mode）关闭的情况下可见。否则只能在原子侧面可见。 • displayed （显示）-可以选择或者通过 bonddisplay命令控制单个键水平的显示。 o true o false o if atoms shown（只当两侧原子都显示时可见） • halfbond mode （半键模式）- 是否键的两端作为单独的实体。当halfbond mode 开启时，每个半键符合相应的原子 (也可用bondcolor命令控制). o on o off • label（标签）- 任意的标签 • label color (a color well) 标签颜色- • radius（半径）-棍状表示的半径

残基特性：: • in helix 是否螺旋 o false o true • in strand 是否成线状 o false o true • label –标签 • label color (a color well) – 标签颜色 • ribbon color带状染色(a color well) - • ribbon cross section - 二级结构的带状显示模式 o edged o flat o rounded （可以通过Ribbon Style Editor添加和命名新模式） • ribbon display （显示）- 是否二级结构以带状形式表示。（只能显示蛋白和核酸）蛋白的二级结构的规划来自输入的结构文件或者通过ksdssp产生 o off o on • ribbon scaling （缩放比例）二级结构的带状显示得指定的高和宽比例 o Chimera default 默认值

（可以通过Ribbon Style Editor创建和命名新的比例）

分子模型特性：: • Active（动作） - 是否模型动作激活 o false o true • auto-chaining（自动成链） -是否联系前后的原子 o off o on • ball scale -球状模式的比例设置 • color (a color well) – 染色 • displayed -是否在模型水平上显示 o false o true • line width -描述键宽度的像素 • ribbon hides backbone atoms -是否显示具二级结构的残基中的主干原子 o false o true • stick scale -棍状键的比例设置。（通常是全部应用） • surface color (a color well) -表面颜色 • surface opacity – 表面透明度0 (完全透明) to 1 (完全不透明); • vdw density - relative density of dots used in any VDW surfaces (as with the command vdwdensity) VDW表面的点密度 • vdw dot size - pixel size of dots in any VDW surfaces VDW表面的点像素 假键的特性 （同键设置）

MSMS表面的特性 • active - whether the model is activated for motion o false o true • color source - whether the surface color reflects the color at the model or atom level (see coloring hierarchy). When surface color is set independent of these levels, unknown is reported. This occurs when the surface is custom-colored, for example, when it is colored by electrostatic potential using DelPhiViewer. o model o atoms o unknown • displayed - whether surface display is enabled at the model level (see display hierarchy) o false o true • dot size - pixel size of dots used in the dot surface representation • line width - pixel width of lines used in the mesh surface representation • probe radius - radius in angstroms of the probe sphere used to compute the surface. A larger probe decreases surface bumpiness because it fits into fewer crevices. A probe radius of 1.4 angstroms is commonly used to approximate the size of a water molecule. • representation - which type of surface representation is being used o solid o mesh o dots • vertex density - number of vertices per square angstrom used to compute the surface. Greater density results in a smoother surface but increases computational demands for calculating and moving the surface.

Draw Mode（显示模式） 原子的显示模式： • ball (as in the ball-and-stick representation) - radii equal the VDW radii multiplied by the ball scale factor 球形 • dot (as in the wire representation) 点 • endcap (as in the stick representation) 棍状 • sphere (as in the sphere representation) - radii equal the VDW radii 球体 键和假键的显示模式： • stick (as in the stick and ball-and-stick representations) 棍状 • wire (as in the wire representation) 线状 整体表示时： • ball and stick includes ball atoms and stick bonds 球键 • sphere (or CPK) includes sphere atoms and wire bonds 球体线状 • stick includes endcap atoms and stick bonds 棍状 • wire (or wireframe) includes dot atoms and wire bonds 点线式

Molecular Display Styles（分子显示类型）

原子或者键在Chimera中的显示形式 • wire - a simple line drawing with dot atoms and wire bonds 线式 • stick - "endcap" atoms and stick bonds 棍状 • ball-and-stick - ball atoms (scaled VDW radius) and stick bonds 球棍 • sphere - sphere atoms (full VDW radius) and wire bonds; also called Corey-Pauling-Koltun (CPK) 球体

一个具体的例子

如何匹配和分析多个类似的蛋白质结构 图像绘制 可以实现结构重置，保存位置和创建专业的出版物图像等功能。 以Glycoside hydrolases (GH)（糖基化水解酶）家族为例，实现创建GH families 32, 43, and 68三大类图形用来比较它们间结构的相似性。

1）启动： Windows/Mac, 点击 chimera 图标. On UNIX, 系统命令： unix: chimera 2）打开Command Line ( Tools... General Controls... Command Line). 3) 结构图形可以直接通过网络下载（from the Protein Data Bank）: 选File... Fetch by ID 在新打开的对话框中选择the PDB ID option 和the option to Keep dialog up after Fetch. 按顺序下载1uyp, 1gyd, 和 1oyg, 关闭对话框。 4）通过鼠标实现图形的旋转，平移（包括XY- 轴方向和Z-轴方向）和放大缩小。

旋转：还可以通过设置 实现 鼠标在图像中心出现 图标， XY- 轴方向平移： Z-轴方向平移： 放大缩小：

鼠标设置：Favorites... Preferences…Preferences Tool

Some salient features of the structures: GH family 的一些显著特征 PDB ID enzyme family chains conserved residues 1uyp invertase, T. maritima GH32 A-F Asp17 Asp138 Glu190 1gyd arabinanase A, C. japonicus GH43 B Asp38 Asp158 Glu221 1oyg levansucrase, B. subtilis GH68 A Asp86 Asp247 Glu342

结构比较： 1） 简化图形，只保留我们需要的特征（例如删除额外的链或者溶剂等），然后以a-碳的形式表示结构。 Command: delete #0:.b-f % 清除invertase的b-f链 Command: delete solvent Command: chain @ca Command: linewidth 3 Since a set of structurally equivalent residues is known, an efficient way to superimpose the structures is by specifying atoms to use in a least-squares fit: Command: match #1:38.b,158.b,221.b@n@ca@c@o #0:17.a,138.a,190.a@n@ca@c@o Command: match #2:86.a,247.a,342.a@n@ca@c@o #0:17.a,138.a,190.a@n@ca@c@o 2） In fact, the chain specifications .a and .b could be omitted from these match commands because the residues would still be specified uniquely without them (other chains containing the same residue numbers in the same model have been deleted). In the general case, chain ID codes are needed to specify residues uniquely because a given residue number may occur in more than one chain.

在补充一些常用命令的翻译,具体的使用方法可以在用户使用手册中具体查找

UCSF Chimera　Tools

Tools Index(工具索引) 1. 2D Labels -　标签：创建可以移动的标签，输入内容 * 2. Accelerators -　快键 3. Add Charge -增加电荷： 指定电荷给相应得原子 4. AddH - 加入氢原子 5. Adjust Torsions -旋转调整：改变二面角 6. Angles/Torsions - 测量角或者二面角的数值 7. Area/Volume from Web – 网络服务（通过发送分子配体到StrucTools server获取表面或原子信息特性） 8. Attribute Calculator - generate new numerical attributes from existing ones; calculate totals or averages of a given numerical attribute　 根据已知数据设定数字化参数； 计算总体或平均数值特性 9. Benchmark - 基准：测量硬件执行效率以标准的Chimera rendering tasks 为基准 10. Browser Configuration -浏览器配置：配置浏览器用于从网络上获得Chimera 数据 11. Build Structure - 建立结构 * 12. Camera - 照相机：控制观看参数 * 13. Collaboratory: Start Session and Join Session -多元为点合作交互 14. Color Editor -色彩编辑：创建交互式色彩 15. Color Secondary Structure - 二级结构染色 16. Color Zone - 染色区域：给某些区域表面染色用来匹配已选择的原子。 17. Command Line - 命令行 * 18. Constrained Move -强制移动：按照特定轴旋转和平移 * 19. Define Attribute - 特性定义：分配特性值给相应的原子，残基和模型 20. DelPhiController - DelPhi控制：通过DelPhi软件计算静电势能图谱 21. Demos and Demo Editor -演示和演示编辑：创建并演示 22. Distances - 距离：测量一对原子间的距离 23. Dock Prep - Dock准备：增加氢原子和电荷等，为Dock或者其他计算作准备 24. Effects -动态：控制可视化动画效果（例如 深度或者侧面影像边缘） * 25. EnsembleMatch - match conformations from two ensembles 构型匹配 * 26. EnsembleTile – 平铺类似构型体 display ensemble members in a tiled arrangement 27. Find Clashes/Contacts - 定义冲突或者接触 28. FindHBond -寻找可能的氢键 * 29. Fit Models in Maps - locally optimize the fit of a structure within a density map 应用密度图谱进行本地最优化寻找合适的结构 * 30. Icosahedron Surface -二十面体表面： 创建混合的二十面体和球形的表面 * 31. IDLE (Python Interactive DeveLopment Environment) - Python交互平台： 输入Python命令 32. Intersurf -产生并且显示交互界面 33. Lens Inspector - 镜头显示：在绘图窗口中创建矩形窗口显示 34. Lighting - 调节光度参数 35. Match -> Align - 由结构调整产生序列调整 * 36. MatchMaker -通过第一次构建的序列调整（有二级结构判分任意构建）添加结构，然后配置调整残基对 * 37. MD Movie – 重新演示和分析分子动态轨迹 * 38. Measure Volume and Area -测量体积和表面积 39. Minimize Structure - 能量最小化结构 40. Minrms Plot - 检查由MinRMS方法产生的蛋白的结构调整 41. Model Loops -与MODELLER的接口，用于产生选择性的由结构现存的肽键片段形成的构型 * 42. Model Panel -模型模版：模型的列表和动作 43. Morph Conformations -变体构型：创建同一结构的不同变体构型的轨迹 * 44. Movie Recorder - 捕捉图像结构并集合特征形成电影文件 45. Multalign Viewer -显示多序列调整 46. Multiscale Models -多级模型：在低或者高分辨率的情况下显示大分子组装，产生多聚体和定位结构的层次 * 47. Nucleotides -核苷酸：创建特定核苷酸碱基和糖类物质的表现 48. Per-Model Clipping -模型剪辑： 独立剪辑模型 * 49. Phantom Force Feedback - use a Phantom force feedback device to trace paths in volume displays 显示体积显示轨迹 50. PipesAndPlanks -以管状（"pipes"）表示多肽或蛋白螺旋并且以粗线条（"planks"）显示股的折叠结构 51. PseudoBond Panel - 虚键组的列表和动作 52. PseudoBond Reader - 强制建立虚键 53. Rainbow - 逐层染色：随着每个残基，链或者模型改变颜色。 54. ReadStdin -标准输入输出 55. Render by Attribute -通过特性值描述原子，残基和模型（以颜色等形式） 56. Reply Log -回复报告：显示信息，警告和错误信息 57. ResProp - 按种类染色氨基酸；定义新的种类 58. Ribbon Style Editor - change ribbon heights/widths (scalings) and cross-sections (styles) 改变带的高度/宽度和横截面形式 59. Rotation - 控制旋转中心 60. Scale Bar - 绘制比例尺（scale bar）和图标 61. Sequence - 显示分子模型的序列 62. Set Bond Length - 改变键长 63. Shininess Control - 调整光度和亮度 64. Side View - scale the view and move clipping planes interactively 比例视图和剪辑位面的交互 * 65. Surface Capping - cap surfaces where they intersect a clipping plane 表面剪辑：处理剪辑的横断面 66. Surface Color -表面颜色根据体积数据或者几何学（例如：从点，轴或平面的距离） 67. Surface Zone -限制以某种表面形式显示一个已选原子的周围区域 68. Surfnet - 检查空洞和表面凹痕 69. Undo Move and Redo Move - 返回旋转和平移的历史纪录 70. Unit Cell - generate crystallographic unit cell contents from coordinates and transformation matrices 根据协矩阵和转换矩阵产生晶体结构细胞单元 71. Values at Atom Positions - 根据原子位置和设置特征值绘制体积数据 * 72. ViewDock and HearDock - view and prioritize docked molecules output by DOCK % ？？ 73. Volume Eraser - interactively zero out parts of volume data 清除0数据 74. Volume Path Tracer –路径化体积trace paths within volume displays 75. Volume Viewer - 3D数据集的可视化 （例如 电子密度图谱）  MinRMS 是一款卓越的，非绘图式软件。可以产生蛋白质的结构规划调节。通过Chimera的命令行运行，但不是Chimera的内部分布式结构，可以单独下载。