Bio.PDB.SCADIO 模块

SCADIO: 编写 OpenSCAD 程序以创建蛋白质结构 3D 模型。

由于整体复杂性和打印时通常需要支撑突出区域，因此 3D 打印蛋白质结构并非易事。该软件是生成打印模型（例如 STL 文件）的一种途径，但不会解决将模型转换为物理产品的相关问题。OpenSCAD <http://www.openscad.org/> 可以从该软件生成的脚本中创建可打印模型。MeshMixer <http://www.meshmixer.com/>、各种切片软件以及您可用的 3D 打印技术为您提供了解决物理呈现模型问题的选择。

这里生成的模型由 OpenSCAD 原语组成，例如代表单个原子和键的球体和圆柱体，它们是蛋白质结构的显式模型。好处是，可以为与 3D 打印相关的特定打印自定义选择单个原子/键（例如可旋转键机制或氢键磁铁）。或者，您可以使用例如 Chimera 将结构呈现为带状或类似形式，以单个对象进行打印。

我建议使用这里提供的 OpenSCAD 脚本生成您的初始模型，然后根据您的需要修改该脚本。更改 atomScale 和 bondRadius 值可以通过消除间隙并消除对支撑的相应需求来简化模型，或者您可能希望修改 hedronDispatch() 例程以选择残基或链段以单独打印，然后使用可旋转键连接。在此开发阶段，您可能希望通过使用 includeCode=False 选项来写入 SCAD()，从而只将这里生成的数据矩阵包含在您的版本中。一个使用可旋转骨架和磁性氢键的示例项目位于 <https://www.thingiverse.com/thing:3957471>。

Bio.PDB.SCADIO.write_SCAD(entity, file, scale=None, pdbid=None, backboneOnly=False, includeCode=True, maxPeptideBond=None, start=None, fin=None, handle='protein')

将 hedron 组件写入文件，作为 OpenSCAD 矩阵。

此例程调用 IC_Chain.internal_to_atom_coordinates() 和 IC_Chain.atom_to_internal_coordinates()，因为需要进行缩放、围绕环的显式键以及设置输出模型的坐标空间。

输出数据格式主要是

  • 每个 hedron 的矩阵

    len1、angle2、len3、原子共价键类别、标志以指示原子/键是否在之前的 hedron 中表示（OpenSCAD 处理重复的重叠元素非常慢）、键特征标志

  • 转换矩阵，用于将每个 hedron 组装成残基二面体集

  • 每个残基的转换矩阵，用于在链中定位

OpenSCAD 软件包含在此 Python 文件中，用于将这些矩阵处理成适合 3D 打印项目的模型。

参数:

  • entity – Biopython PDB Structure 实体结构数据，用于导出

  • file – Bipoython as_handle() 文件名或打开的文件指针文件，用于将数据写入其中

  • scale (float) – 每个埃的单位（通常为毫米），用于 STL 输出，写入输出

  • pdbid (str) – PDB idcode，写入输出。如果未提供且实体中未设置“idcode”，则默认为“0PDB”。

  • backboneOnly (bool) – 默认为 False。如果为 True，则不会输出 Cbeta 后的侧链数据

  • includeCode (bool) – 默认为 True。包含 OpenSCAD 软件（在下面内联），以便输出文件可以加载到 OpenSCAD 中；如果为 False，则只输出数据矩阵

  • maxPeptideBond (float) – 可选参数，默认为 None。覆盖 IC_Chain 类中用于检测链断裂的截止值（默认为 1.4）。如果您的目标有链断裂，请在此处传递一个很大的数字以创建一个跨越断裂的非常长的“键”。

  • start,fin (int) – 默认为 None。用于 internal_to_atom_coords() 的参数，以限制链段。

  • handle (str) – 默认为 “protein”，这是生成的 OpenSCAD 矩阵结构的顶级名称

请参阅 IC_Residue.set_flexible() 以设置特定残基的标志，以便具有可旋转键，并参阅 IC_Residue.set_hbond() 以包含小型磁铁的空腔，作为氢键使用。请参阅 <https://www.thingiverse.com/thing:3957471> 了解实现示例。

OpenSCAD 代码显式创建球体和圆柱体，以在 3D 模型中表示原子和键。提供选项来支持可旋转键和磁性氢键。

矩阵被写入以链接、枚举和描述残基、二面体、hedron 和链，镜像相关 IC_* 数据结构的内容。

hedron 的 OpenSCAD 矩阵具有以下附加信息

  • 记录了原子和键的状态（单键、双键、共振键）

    以便可以在 3D 模型中使用共价半径来表示原子球体

  • 跟踪键和原子，以便每个键和原子只创建一次

  • 键选项，用于旋转和氢键的磁铁支架

    可以指定（请参阅 IC_Residue.set_flexible() 和 IC_Residue.set_hbond() ）

请注意 Bio.PDB.internal_coords.IC_Chain.MaxPeptideBond 的应用：通过将此值设置为很大的值，可以链接缺失的残基（用任意长的键连接链段）。

请注意，此例程使用每个残基的串行组装，将每个残基放置在原点并向 OpenaSCAD 提供坐标空间转换

所有 ALTLOC（无序）残基和原子都写入输出模型。（请参阅 Bio.PDB.internal_coords.IC_Residue.no_altloc）