OpenBabel – программа для работы с химическими структурами и молекулярными системами

Установка OpenBabel
Интерфейс программы и ее основные элементы
Конвертация химических форматов файлов
Разработка на языках программирования C++ и Python
Pекомендации по использованию программы

Окружение

• Версия РЕД ОС: 8
• Конфигурация: Рабочая станция
• Версия ПО: openbabel-3.1.1-12

OpenBabel — экспертная система анализа химических данных, предоставляющая набор инструментов для преобразования многих форматов химических данных. Она позволяет пользователям искать, преобразовывать, хранить и анализировать данные молекулярного моделирования, химии, твердотельных материалов, биохимии или смежных областей.

OpenBabel имеет функции чтения, записи и преобразования более 110 форматов химических файлов, что делает ее универсальным инструментом для работы с молекулярными данными. Она интегрируется с другими программами для химической инженерии и моделирования, такими как Avogadro, GROMACS, XDrawChem, JMol и другими.

Основные возможности OpenBabel:

• конвертация файлов между различными форматами;

• визуализация молекул в 2D и 3D;

• расчет молекулярных свойств, таких как энергия, энтальпия, свободная энергия и т.д.;

• преобразование координат молекул из одной системы в другую;

• интеграция с другими программами и инструментами для химической инженерии;

• поддержка различных типов атомов и связей;

• работа с большими молекулярными сетями;

• поддержка работы с квантово-механическими методами;

• разработка на языках программирования C++ и Python.

Установка OpenBabel

Программу можно установить через графический менеджер пакетов (dnfdragora) или с помощью команд в терминале.

Для установки программы через графический менеджер пакетов перейдите в «Главное меню» (1) — «Администрирование» — «Управление пакетами dnfdragora» (2).

В поисковой строке менеджера пакетов введите ключевое слово «openbabel» (1), нажмите кнопку «Поиск» (2), выберите пакет «openbabel-gui» последней версии для платформы х86_64, отметьте флагом (3). После этого нажмите кнопку «Применить» (4) и дождитесь окончания установки пакетов.

Для установки программы через терминал выполните команду (потребуются права администратора):

sudo dnf install openbabel-gui

После установки программа будет доступна из «Главного меню» – «Образовательные» (1) – «Конвертер молекулярных данных OpenBabel» (2). (РЕД ОС 7.3)

После установки программа будет доступна из «Главного меню» – «Образование» (1) – «OpenBabel» (2). (РЕД ОС 8)

Интерфейс программы и ее основные элементы

Программа OpenBabel имеет простой и понятный интерфейс. Главное окно программы содержит следующие элементы: главное меню (1), область формата входных данных (2), область выбора параметров (3), область формата выходных данных (4), кнопка конвертирования (5).

1. Главное меню включает:

• меню «File» («Файл») - здесь можно копировать, конвертировать, сохранить данные или конфигурацию экрана;

• меню «View» («Вид») - настраивает вид области для выбора параметров, можно отключить или подключить панели выбора параметров;

• меню «Plugins» («Плагины») - можно подключать дополнительные функции (например, различные методы определения частичных или парциальных зарядов, индексацию линейных фрагментов, канонически закрепить порядок атомов, генерирование двумерных и трехмерных координат);

• меню «Help» («Помощь») - позволяет пpосмотреть информацию о программе.

2. Область формата входных данных «INPUT FORMAT».

Выберите тип типа входного файла из раскрывающегося списка (например, SD, SMILES, VMOL, XML, SDF, PNG, MPC, MRV, PDB или другие форматы)

Нажмите кнопку   и выберите файл, который необходимо конвертировать.

Вы можете выбрать несколько входных файлов в диалоговом окне.

Содержимое файла отобразится в текстовом поле ниже.

3. Область формата выходных данных «OUTPUT FORMAT».

Аналогичным образом выберите выходной формат и файл, в который необходимо преобразовать данные.

Если необходимо использовать только часть большого количества форматов, поддерживаемых OpenBabel, вы можете ограничить выбор, предлагаемый в раскрывающихся списках, что упрощает рутинный выбор. В раскрывающемся меню «View» нажмите кнопку «Select set of formats» («Выбрать набор форматов») для изменения отображаемых форматов. Отметьте флагами нужные форматы.

Впоследствии нажатие кнопки «Use restricted set of formats» («Использовать ограниченный набор форматов») в меню «View» включает и выключает эту функцию. Выбранные форматы отобразятся в областях входных и выходных данных.

Включив подстановочный знак * в имена входных и выходных файлов, вы можете выполнить пакетное преобразование (например, *.smi, *.mol и др.). Если имя выходного файла было File_*.mol, то выходные файлы будут иметь имя File_first.mol и т. д.

Вы можете отобразить выходные данные ниже в рабочей области, не выбирая при этом выходной файл. Для этого нужно установить флаг «Output below only (no output file)».

Преобразуемые химические структуры могут отображаться (в формате SVG) во внешней программе. По умолчанию используется Firefox, но его можно изменить в пункте меню «View» - «Configure structure display» (например, на Opera или Chrome).

Если установлен флаг «Display in firefox»» (под именем выходного файла), структуры будут отображаться на новой вкладке Firefox.

При наличии нескольких молекул изображение можно масштабировать (с помощью колеса мыши) и панорамировать (перетаскиванием нажатой левой кнопкой мыши). Довольно быстро обрабатывается до 100 молекул одновременно, при большем количестве молекул система конвертации работает медленнее.

Генерация также может производиться медленнее при вычислении двумерных координат атомов. Новая вкладка браузера Firefox будет открываться каждый раз при нажатии кнопки  «CONVERT» («Преобразовать»).

4. Область выбора параметров.

Опции параметров соответствуют типу преобразуемого химического объекта (молекула или реакция), а также форматам ввода и вывода. Вы можете отключить отображение любого из различных типов параметров с помощью меню «View».

Можно задать дополнительные параметры:

• сжать данные с помощью zip;

• распаковать данные;

• удалить или добавить водород;

• удалить самые крупные смежные фрагменты;

• отцентрировать координаты соединения;

• добавить или заменить название молекулы;

• добавить заголовок или текст;

• сгенерировать трехмерные или двухмерные координаты.

5. Кнопка «CONVERT» конвертирует данные выбранных форматов.

В окне сообщений под кнопкой будет указано количество преобразованных молекул, а также отобразится содержимое выходного файла.

По умолчанию все молекулы во входном файле преобразуются, если выходной формат допускает несколько молекул.

Конвертация химических форматов файлов

Наиболее распространенным применением Open Babel является преобразование химических форматов файлов. Ниже приведены примеры использования данной функции. Предварительно файлы для преобразования необходимо загрузить из банка данных химических веществ (например, Pubchem) или программ редактирования молекул (Avogadro, GROMACS, XDrawChem и др.).

ПРИМЕР 1

Для конвертации файла формата SDF в формат PDB выполните следующие действия:

1. Установите формат входного файла SDF (1), загрузите файл (2), установите флаг «Input below (ignore input file)» (3) для считывания входных данных.

2. Установите формат выходного файла PDB (1) – формат банка данных трехмерных структур белков и нуклеиновых кислот. Установите флаг «Output below only (no output file)» (2) для вывода информации о преобразовании в поле ниже.

3. Установите дополнительные параметры при необходимости.

4. Выполните конвертирование, нажав «CONVERT».

ПРИМЕР 2

Рассмотрим пример конвертации файла формата SDF в SMI формат:

1. В области «INPUT FORMAT» выберите формат SDF, далее укажите путь к файлу.

2. Установите флаг «Input below (ignore input file)» для считывания входных данных.

3. В области «OUTPUT FORMAT» в качестве выходного формата выберите «SMI — SMILES format» и отметьте флагом параметр для вывода информации о преобразовании в поле ниже «Output below only (no output file)».

4. В информационном поле отобразится описание состава и структуры молекулы.

Разработка на языках программирования C++ и Python

Если у вас есть опыт программирования на C++ или Python, вы можете использовать OpenBabel как основу для создания своих приложений или скриптов.

Интерфейс Python для OpenBabel предоставляет два модуля, которые можно использовать для доступа к функциональности набора инструментов:

1. Модуль OpenBabel - oн содержит стандартные привязки Python, автоматически созданные из API C++.

2. Модуль Pybel - это оболочка классов и методов модуля openbabel. Pybel предоставляет более удобные способы доступа к набору инструментов Open Babel.

Для отображения 2D-форматов с помощью Pybel необходимо установить библиотеки Pillow (python3-pillow) и Tkinter (python3-tkinter). Обычно данные библиотеки установлены по умолчанию. В случае если они были отключены, их можно подключить через менеджер пакетов dnfdragora или через терминал.

Для установки библиотеки Pillow через терминал выполните команду (потребуются права администратора):

sudo dnf install python3-pillow

Для установки библиотеки Tkinter выполните команду:

sudo dnf install python3-tkinter

Модуль openbabel обеспечивает прямой доступ к библиотеке C++ Open Babel из Python. Такая привязка создается с помощью пакета SWIG и обеспечивает доступ практически ко всем интерфейсам Open Babel через Python, включая базовые классы OBMol, OBAtom, OBBond и OBResidue, а также платформу преобразования OBConversion.

Рекомендации по использованию программы

1. Большинство параметров интерфейса, таких как выбранный формат, размер и положение окна, сохраняются между сеансами.

2. Конвертацию можно проводить без файлов. Вместо использования входных и выходных файлов можно вставить содержимое химического формата файла в поле ввода и просмотреть результаты преобразования в поле вывода.

3. При работе с другими программами рекомендуется интегрировать OpenBabel для удобства использования и получения более точных результатов.

4. При работе с большими молекулярными сетями необходимо учитывать ограничения программы и использовать дополнительные инструменты для оптимизации работы.

5. Рекомендуется регулярно обновлять программу, чтобы получить доступ к новым функциям и улучшениям.

Дата последнего изменения: 24.09.2024

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter.