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Programme zur Molekülvisualisierung

Die meisten der hier aufgelisteten Programme werden kontinuierlich weiterentwickelt. Besuchen sie die Homepages der Hersteller, um die neuesten Updates zu erhalten. Bitte lesen Sie die Installationshinweise bevor sie die Programme installieren.

Molekül-3D-Betrachter

JMol JMol ersetzt als Stand-alone Application Rasmol und als in eine Webseite eingebettetes Java Applet das Plug-In Chime, das nur noch unter Windows/Microsoft Internet Explorer erhältlich ist. Jmol ist Platform-unabhängig, und läuft als Java-Applikation und Applet auf allen Betriebssystemen, sofern eine aktuelle Version der Java-Engine installiert ist. Jmol ist ein Open Source Project unter GNU General Public License und wird zur Zeit sehr aktiv weiterentwickelt. Es lohnt sich daher, häufiger auf der JMol Website und Jmol Documentation Website nachzusehen, welche Neuentwicklungen erhältlich sind
PyMOL

Das Open-Source Program PyMOL wird wie RasMol zum Teil über Menüs, zum grösseren Teil jedoch über ein Command-Line Interface gesteuert. Es ist für Windows, MacOSX und Linux gleichermassen verfügbar und wird zur Zeit sehr aktiv weiterentwickelt. Mit der eingebauten Ray-Tracing-Option liefert es sehr schöne Abbildungen und kann auch zur Erstellung hochwertiger Animationen (Movies) verwendet werden. Durch die Integration der Script-Sprache Python ist es individuell erweiterbar. Solche von verschiedenen PyMOL-Benützern erstellte Erweiterungsskripte sind auf verschiedenen Websites erhältlich.

Kinemage "Kinemages" (Kinetic Images) sind interaktive wissenschaftliche Illustrationen, vor allem, aber nicht nur, 3D-Abbildungen von Molekülen. Kinemages werden meistens auf verschiedenen Begleit-CDs zu Biochemie-Lehrbüchern verwendet. Das Programm Prekin dient zur Erstellung von Kinemages, Mage und das neuere King zum Betrachten der Kinemage-Illustrationen.
Zu empfehlen ist der "MolProbity" Server zur Strukturvalidation von experimentellen Proteinstrukturen und Homologiemodellen.

Molegro Molecular Viewer Komerziell: "Molegro Molecular Viewer is a free cross-platform application for visualization of molecules and Molegro Virtual Docker results. Molegro Molecular Viewer is able to visualize most common molecular file formats (PDB, Mol2, SDF) as well as docking results from Molegro Virtual Docker."

RasMol

RasMol ist der Klassiker unter den Molekülbetrachtungs-Programmen. Er wurde von Roger A. Sayle entwickelt und funktioniert sehr effizient unter allen möglichen Betriebssystemen (als RasMac für Mac OS, RasWin für Windows und RasMol für Unix-basierende Systeme wie Linux). Als open-source Programm ist sowohl der Quellencode, wie auch das Programm frei verfügbar.

Die Jmol Applikation (Jmol.jar) kann als modernerner Nachfolger von Rasmol betrachtet werden.

JMV http://www.ks.uiuc.edu/Research/jmv/

Molekül-3D-Modellierung

Swiss PDB Viewer

Der Swiss PDB Viewer (Deep View) erlaubt die Überlagerung und den Vergleich mehrerer Proteinstrukturen, automatisierte Homologie-Modellierung (Verbinding zu Swiss-Model) und Modellierung anhand von Elektronendichte-Karten (Röntgenkristallographie). Die neueste Version (4.0/ Juni 2008) erlaubt ausserdem eine Datenbank-Suche nach 3D-Motiven.
VMD Visual Molecular Dynamics ist ein Molekül ist ein Molekülvisualisierungsprogram für die Analyse und Animation grosser Biomolekularer Systeme. Es ist durch Skripte automatisierbar und läuft unter MacOSX, Unix, und Windows, ist gratis erhältlich, und auch der Quellencode ist erhältlich. Intressant ist die Möglichkeit, mit Acrobat 3D räumliche Moleküldarstellungen in pdf-Dateien einzubetten.

UCSF Chimera "CSF Chimera is a highly extensible program for interactive visualization and analysis of molecular structures and related data, including density maps, supramolecular assemblies, sequence alignments, docking results, trajectories, and conformational ensembles. High-quality images and animations can be generated. Chimera includes complete documentation and several tutorials, and can be downloaded free of charge for academic, government, non-profit, and personal use. Chimera is developed by the Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics and funded by the NIH National Center for Research Resources (grant P41-RR01081)."

MolMol MOLMOL ist ein Moleküldarstellungsprogramm für die Betrachtung, Analyse und Manipulation der dreidimensionalen Strukturen von Makromolekülen, optimiert für Strukturen, die mittels NMR (Kernmagnetresonanz-Spektroskopie) bestimmt wurden. Sehr schöne Darstellungen, wird aber seit 2003 nicht mehr aktiv weiterentwickelt.

Chemie-Formel-Zeichenprogramme und Applets

In der Chemie und der Biochemie muss man auch hin und wieder eine Strukturformel zeichnen. Zum Glück gibt es Gratisprogramme, die einem diese Aufgabe erleichtern, zudem zu einer gezeichneten Formel den korrekten IUPAC-Namen finden und für einfachere Moleküle sogar die 3D-Struktur berechnen können.

ChemSketch und Erweiterungen (für Windows)

Structure Drawing Applet

Ist leider nur für Windows erhältlich. Dieses Programm als Formelzeichenprogramm zu bezeichnen, ist eine Untertreibung, denn es kann einiges mehr. Es lohnt sich, das sehr übersichtliche Handbuch (Englisch) genauer anzusehen. Zusätzliche Add-Ins erweitern den Funktionsumfang noch. So lassen sich mit den vorhandenen Templates auch Chemielabor-Apparaturen zeichnen. ACD/iLab (interactive Laboratory) erlaubt den Zugriff auf chemische Datenbanken. Zudem steht mit ACD/ChemBasic eine Programmiersprache zur Verfügung, mit der ganz Angefressene ihre eigenen Programm-Erweiterungen kreieren können!

Das Java Applet, das in eine Webseite eingebettet werden kann, ist auch unter nicht-Windows-Systemen anwendbar - abgespeckte Version einer komerziellen Software

IsisDraw
ACD Erweiterungen
Isis-Draw ist ein weiterer Chemie-Formel-Editor mit einigen sehr schönen Funktionen zum Erstellen von Reaktionsgleichungen. Enthält sehr viele vorgefertigte Moleküle, bietet aber keine direkte 3D-Visualisierung. Dazu lässt sich aber der 3D-Viewer von ACD in ISIS-Draw als externe Komponente einbinden.
Isis-Draw ist erhältlich für Windows (Version 2.5) und MacOS classic (Version 2.3).

Webbrowser-Plug-Ins and Web Applets

Das Internet ist auch in der Biochemie ein wichtiges Kommunikationsmittel und eine wichtige Informationsquelle. Datenbanken sammeln die von über die ganze Welt verstreuten Forschungslabors generierten und publizierten Daten und machen sie weltweit zugänglich. Viele Universitäten auf der ganzen Welt bieten auch Informationen über alle möglichen Wissensgebiete an.

Primär können Webbrowser-Programme nur Text (*.txt), Hypertext (*.htm) und Bilder (*.gif und *.jpg) darstellen. Plug-Ins sind Hilfsprogramme, die die Fähigkeit des Webbrowsers erweitern, und ihm zum Beipiel erlauben, PDF-Dokumente darzustellen, Filme und Musik abzuspielen (Quicktime, Realplayer), Animationen (Flash- und Shockwave-Player), oder auch Molekülstrukturen darzustellen (Chime, CN3D). Es ist auch möglich, den Webbrowser so zu konfigurieren, dass heruntergeladene Dateien an unabhängige Programme übergeben werden können. Mit der Programmiersprache Java ist es auch möglich, Programme (Applets) so in die Webseite einzubetten, das beim Aufruf der Webseite das Programm vom Server her geladen wird und die gewünschte Funktion übernimmt.

MDL Chemscape Chime

Chime erlaubt es, eine interaktiv manipulierbare 3D-Darstellung eines Moleküls direkt in eine Webseite einzubetten. In den Text eingebettete Schaltflächen erlauben dem Betrachter, vorgefertigte Scripte aufzurufen, während ein Kontextmenü die freie Manipulation der Moleküldarstellung erlaubt. Obwohl ältere Versionen von Chime MacOS und Irix unterstützen, wird Chime seit einiger Zeit leider nur noch unter Windows weiterentwickelt. Die Moleküldarstellung und Scriptsprache von Chime ist von Rasmol abgeleitet, Rasmol Scripts können direkt für die Steuerung von Chime verwendet werden.

Der Protein Explorer verwendet Chime, erlaubt aber, Chime nicht nur über das Kontextmenü oder Buttons in der Webseite zu steuern, sondern erlaubt auch die Eingabe von Kommandos, das Öffnen von lokalen Skripten und von Molekülkoordinaten auf der lokalen Festplatte. Zudem enthält es eine Reihe von vorprogrammierten Skripten. Damit vereint Protein Explorer die Vorteile von RasMol und von Chime. Ein weiteres auf Chime basierendes Programm ist der Protein Morpher. Er erlaubt, zwischen zwei Konformationen eines Proteins zu interpolieren und so eine Konformationsänderung als Animation darzustellen.

Da Chime seit einigen Jahren nur noch für Windows / Microsoft Internet Explorer erhältlich ist und unter OSX und Linux nicht läuft, muss davon abgeraten werden, neue Inhalte unter Chime zu generieren. Das Jmol Applet hat Chime weitgehend abgelöst.

Cn3D CN3D ('see in 3-D') ist ein Molekülstruktur-und Sequenz-Alignment Viewer für die NCBI-Datenbank.

Mercury Mercury ist der Viewer zur Cambridge Structural Database, der weltweiten Sammlung von Kristallstrukturen kleinmolekularer Substanzen. Die Datenbank selbst ist nur eingeschränkt zugänglich, aber ein "Teaching set" von 500 ausgewählten Strukturen ist frei erhältlich

Hilfsprogramme

Java-Engine Plattform-unabhängige Java Programme und Java Applets benötigen eine aktuelle Version der Java-Engine. Diese wird normalerweise mit dem Betriebssystem ihres Computers mitgeliefert. Solten Sie mit Java-basierenden Programmen Mühe haben, holen Sie sich die neueste Version für ihr Betriebssystem von der Sun Microsystems Java Website

Adobe Acrobat Reader

Einige der Programmdokumentationen liegen im "portable document format" (xxx.pdf) vor. Um diese zu lesen, wird unter Windows, MacOS und Linux der Adobe Acrobat Reader benötigt. Unter MacOSX genügt das in der Grundinstallation enthaltene Programm "Preview" oder "Vorschau", da die Computer-interne Graphikdarstellung unter OSX auf dem pdf Format beruht. Dieses ist allerdings nicht in der Lage, in Dokumente eingebettete 3D-Darstellungen zu zeigen. Dazu benötigt man die aktuelle Version des Acrobat Readers.

Java Embedding Plugin

Während unter OSX in eine Webseite eingebettete Java-Applets unter Safari ohne weitere Installationen funktionieren, benötigen einige der alternativen Browser wir zB. Mozilla das Java Embedding Plugin, um auf die Java Engine zuzugreifen.

StuffIt Expander Programme und Daten, die auf dem Internet zum herunterladen angeboten werden, sind meist so "verpackt" und komprimiert, dass sie die Übertragung durch das Internet sicher überstehen. Mehrere Dateien werden in eine einzige Datei zusammengepackt, komprimiert und als ASCII-Text kodiert. Dabei bevorzugt man unter unterschiedlichen Betriebssystemen unterschiedliche Verfahren: Unter Windows ist "Zip" gebräuchlich (Dateiname xxx.zip), das ganze Ordner zu einem einzigen File zusammenfasst und dieses auch komprimiert. Manchmal wird das Dekodierungs-Programm gleich an die Datei angehängt, die dann als ausführbares Programm (xxx.exe) heruntergeladen wird. Aber Vorsicht, hinter einem ausführbaren Programm kann sich auch ein Computerwurm oder ein Virus verbergen! Unter MacOS ist das StuffIt-Archiv am gebräuchlichsten (xxx.sit), kombiniert mit BinHex-Kodierung (xxx.bin oder xxx.hqx), während auf Unix-basierenden Systemen wir Linux tar kombiniert mit gnuzip (xxx.tar.gz) oder compress (xxx.tar.Z) üblich sind. Unter MacOSX werden Programme häufig als Disk-Image (*.dmg) oder als installation package (.pkg) verteilt.

Der StuffIt Expander ist ein kostenloses Programm, das alle diese Formate (und noch viele weitere) entpacken kann und für Windows, MacOS und OSX, sowie auch für Linux erhältlich ist. Es wird als Bestandteil der StuffIt-Standard Demo installiert.

PovRay Strukturdarstellungsprogramme müssen in der Lage sein, die verschiedenen Ansichten eines Moleküls sehr schnell zu berechnen, damit dieses Molekül in der 3D-Darstellung flüssig bewegt und gedreht werden kann. Die 3D-Darstellung muss entsprechend einfach sein, komplexere optische Effekte wie Schattenwurf, metallischer Glanz, Transparenz und Spiegelungen würden zuviel Rechenleistung verlangen. Hat man jedoch die richtige Darstellung und Orientierung eines Moleküls gefunden, möchte man manchmal für ein gedrucktes Bild oder eine statische Darstellung auf dem Computer die 3D-Darstellung verfeinern. Dazu erlauben verschiedene Moleküldarstellungsprogramme den Export eines Steuerskripts für das 3D-Raytracing-Program PovRay, das mit Hilfe dieses Skripts eine qualitativ sehr hochwertige Darstellung des Moleküls erzeugen kann. Was man damit erreichen kann, sehen sie auf der Swiss PDB Viewer Art Gallery.

Weitere Software-Links auf : World Index of BioMolecular Visualization Resources: Free Molecular Visualization and Modeling Software
Siehe auch: MolviZ "Top 5" : The "Top 5" 3D Molecular Visualization Technologies
Last changed by: A.Honegger, 9/7/08