Chemie: Moleküle

Author

Peter Koppatz & Joren Retel

Lernziel

Atome und Moleküle – spannender kann die dritte Dimension nicht sein. Moleküle und andere Verbindungen können erstellt und gezeigt werden. Ein Skript sollte bei der Erstellung und Verwaltung eigene Strukturen behilflich sein, nicht zu vergessen, die Visualisierung in Blender selbst.

Handlungsanweisungen/Aufgaben

  1. Download der Datei im Zip-Format:

    PDB-Beispieldaten

  2. Such Dir eines der vorhandenen Konstrukte.

  3. Erweitere die Sammlung.

  4. Ein Molekül als Bild, sagt mehr als die Formel? Ein Molekül als Puzzle…

  5. Es soll ja auch Spaß machen; wie wäre es also mit folgender Zusatzaufgabe für die ganz Schnellen:

../../../../_images/name-made-of-molecules.png

Wer nun noch klassiche Moleküle im Namen einbaut, bekommt eine Eins in Chemie!

Wichtiger Hinweis: Alle Dateien (Skripte, Aufgabenstellungen, Fensteranordnung und Erklärungen) sind in einer Blenderdatei gespeichert und mit dieser verknüpft. Ein Doppelklick auf die blend-Datei sollte also immer die gleiche Ausgangslage herstellen, solange die Veränderungen nicht durch speichern überschrieben werden.

Das PDB-Format

Als Eingangsgröße laden wir die Daten aus einer PDB-Datei. Der Aufbau einer PDB-Datei kann im Netz nachgeschlagen werden, z.B.:

oder hier die Kurzfassung zum Aufbau:

COLUMNS

DATA TYPE

CONTENTS

1 - 6

Record name

„ATOM“

7 - 11

Integer

Atom serial number.

13 - 16

Atom

Atom name.

17

Character

Alternate location indicator.

18 - 20

Residue name

Residue name.

22

Character

Chain identifier.

23 - 26

Integer

Residue sequence number.

27

AChar

Code for insertion of residues.

31 - 38

Real(8.3)

Orthogonal coordinates for X in Angstroms.

39 - 46

Real(8.3)

Orthogonal coordinates for Y in Angstroms.

47 - 54

Real(8.3)

Orthogonal coordinates for Z in Angstroms.

55 - 60

Real(6.2)

Occupancy.

61 - 66

Real(6.2)

Temperature factor (Default = 0.0).

73 - 76

LString(4)

Segment identifier, left-justified.

77 - 78

LString(2)

Element symbol, right-justified.

79 - 80

LString(2)

Charge on the atom.

Ausschnitt aus einer PDB-Datei:

         1         2         3         4         5         6         7         8
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890
ATOM    145  N   VAL A  25      32.433  16.336  57.540  1.00 11.92      A1   N
ATOM    146  CA  VAL A  25      31.132  16.439  58.160  1.00 11.85      A1   C
ATOM    147  C   VAL A  25      30.447  15.105  58.363  1.00 12.34      A1   C
ATOM    148  O   VAL A  25      29.520  15.059  59.174  1.00 15.65      A1   O

Vereinfachte Dateistruktur für den Unterricht

Für die Darstellung verwenden wir nur die Koordinaten und den Atom-Typ. Das führt dann zu folgendem vereinfachten Dateiinhalt (Beispiel Wasser):

########## PDB-Struktur(vereinfacht) ##########
# H20 (Wasser, Water)
ATOM                            -0.544  -0.257  -0.228                       H
ATOM                             0.391   0.456   0.228                       H
ATOM                            -0.332   0.44   -0.016                       O

Wichtig für die Darstellung ist die Verwendung unterschiedlicher Durchmesser und Farben für die einzelnen Atom-Arten:

Atom

Durchmesser

Farbe

Wasserstoff

0,32

blau

Kohlenstoff

0,91

grün

Stickstoff

0,75

blau

Phospor

1,06

rot

Sauerstoff

0,73

rot

unbekanntes Atom

1,0

schwarz

Inhalt der Blenderdatei

../../../../_images/scripts.png
  • 01 Einleitung (Auflistung aller Möglichkeiten)

  • 02 PDB-Datenstruktur (mit Beispielen, wie es der Standard erfordert)

  • 03 Aufgaben

  • export_daten.py (wenn eigene Strukturen erstellt werden, die dazugehörigen Koordinaten speichern)

  • moleculeExample.py (Wasser, Teil einer DNA, Methanol …)

  • neue_struktur.py (ein Muster von jedem Atom-Typ wird erzeugt)