05cln7 张磊 利用Chemoffice 绘制生物分子的3D结构
分子的三维结构
分子的三维结构分子的三维结构是指分子在空间中的排列方式及其相互作用，这是理解分子性质和化学反应的基础。
在化学和生物学领域中，研究分子的三维结构对于理解分子之间的作用、化学反应的机制以及设计新的药物和材料都至关重要。
一、分子结构的描述了解分子的三维结构需要采用适当的描述方法。
最常用的方法之一是使用分子模型，其中分子中的原子和键以一种可视化的方式展示。
分子模型能够帮助我们更好地理解分子的构成和形状。
另一种描述分子结构的方法是使用空间坐标，即通过确定分子中原子的位置来描述其结构。
常用的表示方法是使用笛卡尔坐标系，其中通过给出原子的x、y和z坐标来定义其位置。
这种描述方法在计算机模拟和理论计算中非常常见。
二、分子的立体构型分子的立体构型是指分子中原子的三维排列方式。
在确定分子的立体构型时，需要考虑以下几个因素：1. 原子之间的共价键和键角：共价键的长度和角度会影响分子的形状。
共价键的长度取决于原子之间的吸引力和排斥力，而键角则取决于原子间的电子云排布。
2. 电子对的排斥：分子中的非共价电子对会对分子的形状产生影响。
根据VSEPR理论（分子中电子对的排斥作用原理），电子对的排斥会使得分子中原子的位置发生调整。
3. 空间取向：由于原子之间的空间限制和化学键的性质，分子中的原子会相对于彼此取特定的空间取向。
三、测定分子结构的方法为了确定和研究分子的三维结构，科学家们发展了多种实验和计算方法。
以下是常用的几种方法：1. X射线晶体学：该方法使用X射线穿过晶体并通过晶体衍射生成的图样来确定分子的结构。
这种方法常用于确定有机和无机分子的结构。
2. 核磁共振（NMR）：NMR通过对分子的核自旋状态进行观察，可以得到分子的结构和环境信息。
这种方法常用于确定有机分子和生物大分子的结构。
3. 电子显微镜：电子显微镜可以通过对样品的电子散射图样进行分析，得到分子的结构信息。
这种方法常用于研究大分子复合物的结构。
4. 分子模拟和计算化学：通过计算机模拟和化学计算，可以预测和优化分子的结构。
chemical3D教程
Chapter 1 Introduction1.1启动Chem3D在开始(Start)菜单中点击所有程序(P), 选择弹出菜单中ChemOffice2004中的Chem3D Ultra 8.0即可启动程序1.2Chem3D 界面结构Chem3D软件的最大特点就是界面结构简单。
和ChemDraw类似，Chem3D 打开后的窗口包含：工作窗口, 信息窗口, 列表窗口, 工具栏, 菜单栏等, 如图1所示。
1.3图形工具栏图形工具栏包含所有能够在工作窗口绘制结构图形的工具，选择这些工具后，光标将随之改变成相应的工具形状。
工具板见图1-2其它的类似于ChemDraw，有兴趣的同学可以参考FTP所提供的英文参考资料Chapter 2 建模简要教程2.1 使用键工具建模首先打开工作窗口（File菜单– New Model）2.1.1 建模在工具栏选择单键工具将鼠标移动至工作窗口，按住鼠标左键拖动鼠标即可绘制简单的乙烷分子。
（注意：View-Settings-Model Build – Rectify 选择上后会自动为所绘制的分子结构加上氢原子）2.1.2 旋转模型：选择旋转工具可以在任意方向选择所绘制的分子。
1：将鼠标移动至工作窗口，按住鼠标左键2：在任意方向拖动鼠标可以旋转模型注意：当拖动鼠标时，会出现一个圆。
在圆内拖动鼠标使得模型绕X和Y轴旋转。
当鼠标在圆外时，模型绕Z轴旋转。
如图所示2.1.3 查看模型分子信息选择选择工具，将鼠标移动至相应原子位置将显示相应的原子序数，元素标识及原子类型。
如下图所示将鼠标移至C-C键上将显示键长及相应的键级在选择原子的同时，按住Shift键可以同时选择多原子，可以通过这样查看相应的键角和二面角。
1：选择C（1），C（2）和H（7）2：将鼠标移至任意的所选择的原子或键上将显示所选择的键角类似的操作可以用来显示二面角。
2.2 修改模型分子2.2.1 修改键类型1：选择双键工具2：按住鼠标左键，从C（1）的位置拖动鼠标至C（2）的位置将乙烷分子更改为乙烯分子。
怎样通过子结构来建立ChemBio 3D模型
【温馨提示】
如果要检索Protein Data Bank文件，可以利 用ChemBio 3D的“Open”对话框中的“Protein Data Bank”格式打开。
通过上述内容的描述，相信大家对于ChemBio 3D 有了更多的认识和了解。利用子结构建立ChemBio 3D 模型可以更加简洁高效地建立模型，提高工作效率。
十肽菌素结构的子结构有助于建立蛋白质分子模型。 ChemBio 3D建立十肽菌素分子模型的具体步骤如下： （1）从“File”菜单中选择“New”。 （2）在Replacement Text框中输入 “HAlaArgCysAlaGluLeuLysPheValOH”,如下图所示：
（3）在模型窗口双击，即可出现一个十肽菌素分子模 型（见下图）。在此十肽菌素分子结构中除了H和OH 都是 子结构。
ChemDraw有效的结合便能够轻松的完成化学模型、化 学结构以及其三维结构的制作和编辑了！下面就听过以十 肽菌素分子模型的建立来和大伙描述下如何利用子结构爱 建立ChemBio 3D模型！ ChemBio 3D中已经定义的子结构已超过了200个，这 些子结构覆盖了大部分常用的有机结构。从“View”菜单 中选择“Substructures”可查看并使用这些子结构。肽 菌素属于肽类抗生素，是常见的饲料添
Chem3D可视化在“有机分子空间结构”教学中的应用
2020·10“有机分子空间结构”是人们从微观角度认识物质世界和学生建立“结构决定性质”的重要知识载体。
Chem3D软件具有强大的“可视化”功能，它绘制出的可360度旋转的三维立体分子空间模型，可以帮助学生建立有机分子中原子共面、共线性判断思维的认知模型。
借助Chem3D软件进行“有机分子空间结构”的学习，学生的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养得到潜移默化的培养。
摘要关键词可视化；Chem3D软件；有机分子空间结构；核心素养Chem3D可视化在“有机分子空间结构”教学中的应用范爱玉（福州第十八中学，福建福州350001）“有机分子空间结构”是人们从微观角度认识物质世界和学生建立“结构决定性质”的重要知识载体。
分子空间构型是微观的，无法进行直观教学，为了更好引导学生认识、探索分子空间构型，我们引入“可视化”理念为主导的教学模式。
“可视化”来自英文“Visualization”，近几年随着可视化研究领域的蓬勃发展，相继出现“知识可视化”“数据可视化”“信息可视化”“思维可视化”等研究方向。
教育教学中可借助计算机技术中的可视化技术将部分文本信息转化为视觉信息，以提高学生学习效率及学生空间想象能力。
“可视化”教学的实现，需要课堂教学与信息技术优化融合与创新。
Chem3D软件可提供多种可视化功能，方便中学教学展示，具体包括如下几个方面：（1）软件中含有丰富的结构模型资源，可自动切换多种三维构型；（2）实现360°三维立体动画展示分子结构；（3）实现单个碳碳单键360°旋转；（4）可定量测定分子中相邻原子间键角及二面角，通过数据准确判断各原子是否共面或共线。
Chem3D软件的3D优化功能将抽象的分子空间构象具体化，结合动态效果，完美地表现出分子模型的三维立体可视化空间构型，在有机分子空间结构教学上可起到事半功倍的效果。
［1］为此，笔者在高三“有机分子空间结构”关于原子共面、共线性分析的专题复习教学中借助Chem3D软件进行信息技术融合下的“可视化”教学尝试。
生物分子的三维结构分析
生物分子的三维结构分析生物分子的三维结构分析是现代生物学领域的重要分支之一，它为了解生命体系的结构、功能及其相互关系提供了重要的工具和手段。
生物分子可以是蛋白质、核酸、多糖等大分子物质，它们的结构和功能密切相关，而生物分子的结构形态，又是决定生物分子功能的重要因素。
因此，对生物分子三维结构的分析和研究，不仅可以加深我们对生命体系的认识，还可以在生物技术、制药、医学等领域带来重大的应用前景。
一、生物分子的三维结构生物分子的三维结构是指生物分子分子中各个原子的特定位置关系，在空间中的分布、组合和相互作用。
生物分子的三维结构是由何种因素决定的呢？主要包括以下几个方面：1.共价键构型：生物分子中的原子之间通过共价键相连，在分子中形成一定的构型。
共价键构型是三维型构的基础。
2.非共价相互作用：在生物分子中，还存在着非共价相互作用，如氢键、范德华力、离子键等。
这些相互作用也是影响生物分子三维结构的重要因素。
3.构象变化：生物分子并不是静态不变的，它们可以根据外界环境的变化，或者其自身内部的变化，而发生构象的转化。
这些构象的变化，也会对生物分子三维结构的形态产生深远的影响。
4.生物分子间的相互作用：生物分子之间也可以相互作用，这些相互作用可以是物理上的，例如反应性、亲水性、疏水性等，也可以是化学上的，如化学键、反应等。
以上的因素，是影响生物分子三维结构的主要因素。
生物分子结构的复杂性，使得它们的三维结构在很长时间内都无法被实验手段完整地测定出来。
因此，在理论上发展快速、准确分析生物分子结构的方法，助力生物分子研究，已经成为生物学领域中的重要问题。
二、生物分子结构分析的方法生物分子结构的确定，是生物分子研究中的一项重要工作。
现代科技发展迅速，给生物分子结构分析提供了更多的工具和手段。
目前生物分子结构分析方法比较多，常用的主要有以下几种：1. X射线晶体学：X射线晶体学是一种基于晶体结构原理的技术，将样本的结晶，使用高分辨的X射线，通过衍射原理测定其晶体的结构信息，从而得到样本生物分子的三维结构。
Chem3D讲义22
3D模型区
平 面 图 作 图 区
数据消息窗口
二、Chem3D介绍
平面作图区： 与ChemDraw基本一样 虚键 缩放
旋转球
移动工具 选择工具
三键
橡皮擦
双键 单键 文本工具
三、Chem3D的使用
1、使用前的基本设置
操作： [File]—>[Model Settings]
三、Chem3D的使用
2、3D模型的种类
和ChemDraw一样，利用键工具建立的3D结构，键角及键长可能不正常，应首先对 其进行整理操作，然后做简单优化处理，以便得到能量最低的构象。 （1）整理结构（Clean Up） 操作：用选择工具选择这个化学结构—>[Structure]—>[Clean Up]。 l-麻黄碱（1R，2S）
三、Chem3D的使用
三、Chem3D的使用
3、3D模型的建立方法
（2）利用文本工具建立模型 输入文本，按“ENTER”键，得到模型
输入一组氨基酸的缩 写，可建立多肽的3D 结构。如输入 “H(Ala)12OH”，得 到如图所示的模型。
三、Chem3D的使用
3、3D模型的建立方法
（2）利用文本工具建立模型 若化合物带有支链，可以将支链用括号括起来。 异丁烷模型可输入“CH3CH(CH3)CH3”。
Байду номын сангаас
以正确地自动转换为三维结构。
• Chem3D Ultra版还包括了一个很好的半经验量子化学计算程
序MOPAC97，并能与著名的从头计算机程序Gaussian98连接，作
为它的输入、输出界面，能够以三维的方式方法显示量子化学计 算结果，如分子轨道、电荷密度分布等。
二、Chem3D介绍
教程：使用ChemDraw 15绘制立体分子结构
教程：使用ChemDraw 15绘制立体分子结构ChemDraw是当前最常用的的化学结构绘图软件，软件功能包括化学作图、分子模型生成、化学数据库信息管理等，现在已经更新至最新版本——ChemDraw 15，可以说是化学家和生物学家所需要最终极的化学结构绘图工具。
本教程主要介绍使用ChemDraw 15绘制立体分子结构的具体方法。
具体操作步骤如下：
1.用楔形表示法来反映原子或基团的相对空间位置（如下图所示）。
用楔键来反映原子或基团的相对空间位置
2.选择键后，点击右键，选择Object Settings命令（如下图所示）。
选中结构右键选择Object Settings命令
3.点击Object Settings弹出如下图所示对话框，修改键的长短和粗细、以及切割楔键的间隙。
在Object Settings 对话框中修改相应值
例如下图所示：
加粗加大间隙效果示例
4.楔键的取向通过再次点击楔键按钮进行改变（如下图所示）。
通过再次点击楔键按钮改变楔键的取向
5.也可利用3D旋转来实现以实际观察角度来构建的直观立体结构（如下图所示）。
利用3D旋转来构建的直观立体结构。
图解 ChemBio3D 的5种结构模型
图解ChemBio3D 的5种结构模型ChemBio3D的立体图形与ChemDraw的平面图形可相互转化，同为ChemOffice的重要组件。
ChemBio3D Ultra 14不仅能够立体表示化学结构，而且对于同一个结构有多达5种结构模型的表示方法，ChemDraw中文官网对此做了具体介绍。
ChemBio3D的5种结构模型在ChemBio3D Ultra 14.0主界面的Surfaces菜单下方有专门的结构模型表示方式选择，用户点击该选项卡右侧的倒三角下拉键即可选择需要的模型，如下图所示：ChemBio3D主界面的结构模型选择框1、Wire Frame 线状模型，如下图所示：ChemBio3D线状结构模型2、Sticks 棒状模型，如下图所示：ChemBio3D棒状结构模型3、Ball-Sticks 球棍模型，如下图所示：ChemBio3D球棍结构模型4、Cylindrical Bonds 圆柱键模型，如下图所示：ChemBio3D圆柱键结构模型5、Space Filling 比例模型，如下图所示：ChemBio3D比例结构模型以上图形都是ChemBio3D同一个单键结构模型的表现形式，ChemBio3D Ultra 14.0令人咋舌的功能还不止于此，若想了解更多相关内容请点击：实例讲解用化学符号建立ChemBio 3D模型的方法。
出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。
Chem3D常用功能使用教程
建立3D模型 1. 利用键工具建立模型
选择【单键】工具，在模型窗口向右按动
圆柱键模型
线状模型
棒状模型
球棍模型
比例模型
X、Y轴旋转指示
选择【轨迹球】工具，使分子模型 在模型窗口沿X、Y轴旋转
Z轴旋转指示
选择【轨迹球】工具并按“Alt”键， 使分子模型在模型窗口沿Z轴旋转
光标位于原子上， 自动显示原子信息
模型结构信息
工具栏显示原子的符号和标号
光标位于键上， 自动显示键信息
模型结构信息
模型的进一步信息
显示键长变化 显示键角变化
显示二面角
显示所有没有 相邻的原子的
距离
模型的键长数据
模型的键长和键角数据
乙烯模型中的双键信息
键级改动
显示氢及孤对电子
不显示氢及孤对电子的环己烷
原子名称及序数
选择工具，双击原子， 按顺序改变原子序号
ChemDraw中 画出的分子结构
复制粘贴到Chem3D中
Chem3D中 画出的分子模型
复制粘贴到 ChemDraw中
计算功能演示
（1）查找原子的范德瓦尔斯半径 • 【View】【Atom Types.TBL】窗口，
找到各种元素在不同环境的半径
（2）观察分子的大小
• 建立苯模型。执行【View】【Connolly Molecular】弹出Suface对话框；【solid】 选项可以选择分子表面的类型； 【Resolution】滑动到右边，其值为100
(4) 检查结构能量
模型旋转 对位交叉
总能量计算
计算结果
空间位阻能：0.977kcal/mol
模型的二面角数据
数据与模型对应
CHEMBIO教程：利用键工具建立3D模型
ChemBio教程：利用键工具建立3D模型作为一款专业的三维分子结构演示工具，ChemBio 3D 能够轻松快捷地建立和编辑化学模型，在化学、生物领域应用广泛。
ChemBio 3D可以通过键工具、子结构和符号等方式建立模型，可根据具体情况选用建立方式。
利用键工具建立ChemBio 3D模型主要通过菜单栏中的键工具。
ChemBio 3D Ultra 14是ChemBio 3D的最新版本，增添了新的绘图工具。
本教程将以乙烷模型为例教授大家如何利用键工具建立ChemBio 3D模型。
乙烷（ethane）是烷烃同系列中第二个成员，为最简单的含碳-碳单键的烃。
ChemBio 3D建立乙烷模型的具体步骤如下：（1）选择【单键】工具。
（2）用鼠标键指向模型窗口。
（3）按下鼠标键，再向右按动并释放鼠标键。
一个带有相匹配的氢的乙烷模型即可建立。
如下图所示：
乙烷模型示例图
【温馨提示】氢原子已经自动加入，称做“Automatic Rectification”并被控制在Building 控制板上。
释放鼠标键后，注意模型如何重新适合模型窗口的位置，是由Building控制板上的“Automaticlly Fit Model to Window”复选项控制的。
通过上述教程，相信大家已经掌握ChemBio 3D建立乙烷模型的具体方法，学会如何利用键工具建立ChemBio 3D模型。
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《数据处理》作业Chemoffice和Origin的一些应用
院系材料工程学院
专业高分子化学与物理
学号 04301263
姓名张磊
2005-12-04
Chemoffice部分
利用Chemoffice 绘制生物分子的3D结构
生物科学作为21世纪的前沿科学，在全世界掀起了一轮又一轮的研究热潮。
通过对它的研究它不仅能帮助我们了解生命的奥秘，更重要是它能在人类的疾病治疗与控制，以及工农业生产方面发挥重要的作用。
本文仅简单介绍利用Chemoffice 绘制几种生物分子的3D
结构。
Chemoffice 是一个集成化学软件系统，具有强大的高端开发能力。
它组合了最常用的化学应用程序来构成一个整体的化学反应，提供了符合Windows 标准界面的菜单、工具条、状态行等用户界面，具有化学计算、化学分析和化学建模等实用功能，其建模方式多种多样，方便快捷，制作的图像文件能方便地插入Word、powerpoint以及其他常用软件的文档中。
Chemoffice 2004有ChemDraw,Chem3D,Cheminfo,ChemFinder 四部分组成。
Chem3D提供工作站级的3D分子轮廓及分子轨道特性分析，并和数种量子化学软件结合在一起。
由于Chem3D提供完整的界面功能，以成为分子仿真分析最佳的前端开发环境。
Chem3D将二维平面图形转化为三维的空间结构，在分子和原子水平上利用分子动力学、分子动力学和量子化学计算手段模拟和分析分子的立体构象。
Chem3D提供多种方式绘图，包括键型工具，模板工具和文本工具。
我们先用文本工具绘制两例蛋白质分子得3D结构，之后利用模板工具绘制DNA链的示意图。
首先打开Chemoffice中的Chem3D程序，然后点击文本工具按钮A,激活文本工具，然后在模型窗口中单击，出现文本框。
之后在文本框中输入“HAlaArgCysAlaGluGlyLeu”选择以“Space filling”显示，回车将得
到下图。
如上述方法在文本框中输入“A(Ala)12OH”,选择用带状表示蛋白质的结构，选择“ ribbons”得：
但对于比较复杂的分子模型，用文本工具输入就比较麻烦，这时就需要“绘图模板”来绘制模型。
Chemdraw中点View→Orther Toolbars→DNA Tempates,模板以固定的窗口显示在绘图区。
①点击腺嘌呤模板最右边的一个模板，然后在绘图区单击就会得到一个腺嘌呤基团。
②用同样的方法点击胞嘧啶的最右边的模板，然后将鼠标点在腺嘌呤基团的氧基上，转动到合适的位置，发现胞嘧啶羟基将腺嘌呤的氧基取代。
③然后用类似的方法依次将鸟嘌呤和胸腺嘧啶接在集团的下方。
④在然后对模型中的未成键基团利用文本选项A进行加H补充。
得到下图：
⑤全选得到的图形，按Ctrl+C,然后打开Chem3D，粘贴，选择space Filling显示得下图：
以上我所会利用Chemoffice 绘制的三例简单生物分子的3D图形。
希望对学习Chemoffice的同学有所帮助。
Origin 部分
利用Origin制作3D扫描图
Origin 7.0局有一新的功能3D扫描图，该功能可以将图形格式的二维图转换成数据格式的Matrix。
打开Origin7.0，将*.bmp文件拖到Matrix窗口，如下图：
此时选择View→Data Mode图像转换成数据。
图象转换成数据时,Origin将每个像素转换为RGB值，然后在相应的Matrix单元格中显示出相应的灰度值；如果数据要转换回图像显示，点击View→Image View,Origin将单元格数值映射为灰度图像，显示为黑白图像。
然后制剖面图：选择Plot→Profiles ,Origin根据matrix制图，并将X,Y方向上的投影绘制成统计曲线，我们可以拖动标线查看不同位置的X.Y投影统计值。
激活Matrix，点击File→Export Image,可导出图形格式文件。