src/MCview/PDBChain.java

   1 /*
   2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
   3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
   4  *
   5  * This file is part of Jalview.
   6  *
   7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public License
   9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
  10  * of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty
  14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
  15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
  20  */
  21 package MCview;
  22
  23 import jalview.analysis.AlignSeq;
  24 import jalview.api.ColorI;
  25 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
  26 import jalview.datamodel.Annotation;
  27 import jalview.datamodel.Mapping;
  28 import jalview.datamodel.Sequence;
  29 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
  30 import jalview.datamodel.SequenceI;
  31 import jalview.schemes.Colour;
  32 import jalview.schemes.ColourSchemeI;
  33 import jalview.schemes.ResidueProperties;
  34 import jalview.structure.StructureImportSettings;
  35 import jalview.structure.StructureMapping;
  36
  37 import java.awt.Color;
  38 import java.util.List;
  39 import java.util.Vector;
  40
  41 public class PDBChain
  42 {
  43   /**
  44    * SequenceFeature group for PDB File features added to sequences
  45    */
  46   private static final String PDBFILEFEATURE = "PDBFile";
  47
  48   private static final String IEASTATUS = "IEA:jalview";
  49
  50   public String id;
  51
  52   public Vector<Bond> bonds = new Vector<Bond>();
  53
  54   public Vector<Atom> atoms = new Vector<Atom>();
  55
  56   public Vector<Residue> residues = new Vector<Residue>();
  57
  58   public int offset;
  59
  60   /**
  61    * sequence is the sequence extracted by the chain parsing code
  62    */
  63   public SequenceI sequence;
  64
  65   /**
  66    * shadow is the sequence created by any other parsing processes (e.g. Jmol,
  67    * RNAview)
  68    */
  69   public SequenceI shadow = null;
  70
  71   public boolean isNa = false;
  72
  73   public boolean isVisible = true;
  74
  75   public int pdbstart = 0;
  76
  77   public int pdbend = 0;
  78
  79   public int seqstart = 0;
  80
  81   public int seqend = 0;
  82
  83   public String pdbid = "";
  84
  85   public PDBChain(String pdbid, String id)
  86   {
  87     this.pdbid = pdbid == null ? pdbid : pdbid.toLowerCase();
  88     this.id = id;
  89   }
  90
  91   /**
  92    * character used to write newlines
  93    */
  94   protected String newline = System.getProperty("line.separator");
  95
  96   public Mapping shadowMap;
  97
  98   public void setNewlineString(String nl)
  99   {
 100     newline = nl;
 101   }
 102
 103   public String getNewlineString()
 104   {
 105     return newline;
 106   }
 107
 108   public String print()
 109   {
 110     StringBuilder tmp = new StringBuilder(256);
 111
 112     for (Bond b : bonds)
 113     {
 114       tmp.append(b.at1.resName).append(" ").append(b.at1.resNumber)
 115               .append(" ").append(offset).append(newline);
 116     }
 117
 118     return tmp.toString();
 119   }
 120
 121   /**
 122    * Annotate the residues with their corresponding positions in s1 using the
 123    * alignment in as NOTE: This clears all atom.alignmentMapping values on the
 124    * structure.
 125    *
 126    * @param as
 127    * @param s1
 128    */
 129   public void makeExactMapping(AlignSeq as, SequenceI s1)
 130   {
 131     int pdbpos = as.getSeq2Start() - 2;
 132     int alignpos = s1.getStart() + as.getSeq1Start() - 3;
 133     // first clear out any old alignmentMapping values:
 134     for (Atom atom : atoms)
 135     {
 136       atom.alignmentMapping = -1;
 137     }
 138     // and now trace the alignment onto the atom set.
 139     for (int i = 0; i < as.astr1.length(); i++)
 140     {
 141       if (as.astr1.charAt(i) != '-')
 142       {
 143         alignpos++;
 144       }
 145
 146       if (as.astr2.charAt(i) != '-')
 147       {
 148         pdbpos++;
 149       }
 150
 151       if (as.astr1.charAt(i) == as.astr2.charAt(i))
 152       {
 153         if (pdbpos >= residues.size())
 154         {
 155           continue;
 156         }
 157         Residue res = residues.elementAt(pdbpos);
 158         for (Atom atom : res.atoms)
 159         {
 160           atom.alignmentMapping = alignpos;
 161         }
 162       }
 163     }
 164   }
 165
 166   /**
 167    * copy over the RESNUM seqfeatures from the internal chain sequence to the
 168    * mapped sequence
 169    *
 170    * @param seq
 171    * @param status
 172    *          The Status of the transferred annotation
 173    * @return the features added to sq (or its dataset)
 174    */
 175   public SequenceFeature[] transferRESNUMFeatures(SequenceI seq,
 176           String status)
 177   {
 178     SequenceI sq = seq;
 179     while (sq != null && sq.getDatasetSequence() != null)
 180     {
 181       sq = sq.getDatasetSequence();
 182       if (sq == sequence)
 183       {
 184         return null;
 185       }
 186     }
 187     /**
 188      * Remove any existing features for this chain if they exist ?
 189      * SequenceFeature[] seqsfeatures=seq.getSequenceFeatures(); int
 190      * totfeat=seqsfeatures.length; // Remove any features for this exact chain
 191      * ? for (int i=0; i<seqsfeatures.length; i++) { }
 192      */
 193     if (status == null)
 194     {
 195       status = PDBChain.IEASTATUS;
 196     }
 197     SequenceFeature[] features = sequence.getSequenceFeatures();
 198     if (features == null)
 199     {
 200       return null;
 201     }
 202     for (int i = 0; i < features.length; i++)
 203     {
 204       if (features[i].getFeatureGroup().equals(pdbid))
 205       {
 206         SequenceFeature tx = new SequenceFeature(features[i]);
 207         tx.setBegin(1 + residues.elementAt(tx.getBegin() - offset).atoms
 208                 .elementAt(0).alignmentMapping);
 209         tx.setEnd(1 + residues.elementAt(tx.getEnd() - offset).atoms
 210                 .elementAt(0).alignmentMapping);
 211         tx.setStatus(status
 212                 + ((tx.getStatus() == null || tx.getStatus().length() == 0) ? ""
 213                         : ":" + tx.getStatus()));
 214         if (tx.begin != 0 && tx.end != 0)
 215         {
 216           sq.addSequenceFeature(tx);
 217         }
 218       }
 219     }
 220     return features;
 221   }
 222
 223   /**
 224    * Traverses the list of residues and constructs bonds where CA-to-CA atoms or
 225    * P-to-P atoms are found. Also sets the 'isNa' flag if more than 99% of
 226    * residues contain a P not a CA.
 227    */
 228   public void makeCaBondList()
 229   {
 230     boolean na = false;
 231     int numNa = 0;
 232     for (int i = 0; i < (residues.size() - 1); i++)
 233     {
 234       Residue tmpres = residues.elementAt(i);
 235       Residue tmpres2 = residues.elementAt(i + 1);
 236       Atom at1 = tmpres.findAtom("CA");
 237       Atom at2 = tmpres2.findAtom("CA");
 238       na = false;
 239       if ((at1 == null) && (at2 == null))
 240       {
 241         na = true;
 242         at1 = tmpres.findAtom("P");
 243         at2 = tmpres2.findAtom("P");
 244       }
 245       if ((at1 != null) && (at2 != null))
 246       {
 247         if (at1.chain.equals(at2.chain))
 248         {
 249           if (na)
 250           {
 251             numNa++;
 252           }
 253           makeBond(at1, at2);
 254         }
 255       }
 256       else
 257       {
 258         System.out.println("not found " + i);
 259       }
 260     }
 261
 262     /*
 263      * If > 99% 'P', flag as nucleotide; note the count doesn't include the last
 264      * residue
 265      */
 266     if (residues.size() > 1 && (numNa / (residues.size() - 1) > 0.99))
 267     {
 268       isNa = true;
 269     }
 270   }
 271
 272   /**
 273    * Construct a bond from atom1 to atom2 and add it to the list of bonds for
 274    * this chain
 275    *
 276    * @param at1
 277    * @param at2
 278    */
 279   public void makeBond(Atom at1, Atom at2)
 280   {
 281     bonds.addElement(new Bond(at1, at2));
 282   }
 283
 284   /**
 285    * Traverses the list of atoms and
 286    * <ul>
 287    * <li>constructs a list of Residues, each containing all the atoms that share
 288    * the same residue number</li>
 289    * <li>adds a RESNUM sequence feature for each position</li>
 290    * <li>creates the sequence string</li>
 291    * <li>determines if nucleotide</li>
 292    * <li>saves the residue number of the first atom as 'offset'</li>
 293    * <li>adds temp factor annotation if the flag is set to do so</li>
 294    * </ul>
 295    *
 296    * @param visibleChainAnnotation
 297    */
 298   public void makeResidueList(boolean visibleChainAnnotation)
 299   {
 300     int count = 0;
 301     Object symbol;
 302     boolean deoxyn = false;
 303     boolean nucleotide = false;
 304     StringBuilder seq = new StringBuilder(256);
 305     Vector<SequenceFeature> resFeatures = new Vector<SequenceFeature>();
 306     Vector<Annotation> resAnnotation = new Vector<Annotation>();
 307     int i, iSize = atoms.size() - 1;
 308     int resNumber = -1;
 309     char insCode = ' ';
 310     for (i = 0; i <= iSize; i++)
 311     {
 312       Atom tmp = atoms.elementAt(i);
 313       resNumber = tmp.resNumber;
 314       insCode = tmp.insCode;
 315
 316       int res = resNumber;
 317       char ins = insCode;
 318
 319       if (i == 0)
 320       {
 321         offset = resNumber;
 322       }
 323
 324       Vector<Atom> resAtoms = new Vector<Atom>();
 325       // Add atoms to a vector while the residue number
 326       // remains the same as the first atom's resNumber (res)
 327       while ((resNumber == res) && (ins == insCode) && (i < atoms.size()))
 328       {
 329         resAtoms.add(atoms.elementAt(i));
 330         i++;
 331
 332         if (i < atoms.size())
 333         {
 334           resNumber = atoms.elementAt(i).resNumber;
 335           insCode = atoms.elementAt(i).insCode;
 336         }
 337         else
 338         {
 339           resNumber++;
 340         }
 341       }
 342
 343       // We need this to keep in step with the outer for i = loop
 344       i--;
 345
 346       // Add inserted residues as features to the base residue
 347       Atom currAtom = resAtoms.get(0);
 348       if (currAtom.insCode != ' '
 349               && !residues.isEmpty()
 350               && residues.lastElement().atoms.get(0).resNumber == currAtom.resNumber)
 351       {
 352         SequenceFeature sf = new SequenceFeature("INSERTION",
 353                 currAtom.resName + ":" + currAtom.resNumIns + " " + pdbid
 354                         + id, "", offset + count - 1, offset + count - 1,
 355                 "PDB_INS");
 356         resFeatures.addElement(sf);
 357         residues.lastElement().atoms.addAll(resAtoms);
 358       }
 359       else
 360       {
 361
 362       // Make a new Residue object with the new atoms vector
 363       residues.addElement(new Residue(resAtoms, resNumber - 1, count));
 364
 365       Residue tmpres = residues.lastElement();
 366       Atom tmpat = tmpres.atoms.get(0);
 367       // Make A new SequenceFeature for the current residue numbering
 368         SequenceFeature sf = new SequenceFeature("RESNUM", tmpat.resName
 369               + ":" + tmpat.resNumIns + " " + pdbid + id, "", offset
 370               + count, offset + count, pdbid);
 371       resFeatures.addElement(sf);
 372       resAnnotation.addElement(new Annotation(tmpat.tfactor));
 373       // Keep totting up the sequence
 374
 375       if ((symbol = ResidueProperties.getAA3Hash().get(tmpat.resName)) == null)
 376       {
 377         String nucname = tmpat.resName.trim();
 378         // use the aaIndex rather than call 'toLower' - which would take a bit
 379         // more time.
 380         deoxyn = nucname.length() == 2
 381                 && ResidueProperties.aaIndex[nucname.charAt(0)] == ResidueProperties.aaIndex['D'];
 382         if (tmpat.name.equalsIgnoreCase("CA")
 383                 || ResidueProperties.nucleotideIndex[nucname
 384                         .charAt((deoxyn ? 1 : 0))] == -1)
 385         {
 386             char r = ResidueProperties
 387                     .getSingleCharacterCode(ResidueProperties
 388                             .getCanonicalAminoAcid(tmpat.resName));
 389             seq.append(r == '0' ? 'X' : r);
 390             // System.err.println("PDBReader:Null aa3Hash for " +
 391             // tmpat.resName);
 392         }
 393         else
 394         {
 395           // nucleotide flag
 396           nucleotide = true;
 397           seq.append(nucname.charAt((deoxyn ? 1 : 0)));
 398         }
 399       }
 400       else
 401       {
 402         if (nucleotide)
 403         {
 404           System.err
 405                   .println("Warning: mixed nucleotide and amino acid chain.. its gonna do bad things to you!");
 406         }
 407         seq.append(ResidueProperties.aa[((Integer) symbol).intValue()]);
 408       }
 409         count++;
 410       }
 411     }
 412
 413     if (id.length() < 1)
 414     {
 415       id = " ";
 416     }
 417     isNa = nucleotide;
 418     sequence = new Sequence(id, seq.toString(), offset, resNumber - 1); // Note:
 419     // resNumber-offset
 420     // ~=
 421     // seq.size()
 422     // Add normalised feature scores to RESNUM indicating start/end of sequence
 423     // sf.setScore(offset+count);
 424
 425     // System.out.println("PDB Sequence is :\nSequence = " + seq);
 426     // System.out.println("No of residues = " + residues.size());
 427
 428     if (StructureImportSettings.isShowSeqFeatures())
 429     {
 430     for (i = 0, iSize = resFeatures.size(); i < iSize; i++)
 431     {
 432       sequence.addSequenceFeature(resFeatures.elementAt(i));
 433       resFeatures.setElementAt(null, i);
 434     }
 435     }
 436     if (visibleChainAnnotation)
 437     {
 438       Annotation[] annots = new Annotation[resAnnotation.size()];
 439       float max = 0;
 440       for (i = 0, iSize = annots.length; i < iSize; i++)
 441       {
 442         annots[i] = resAnnotation.elementAt(i);
 443         if (annots[i].value > max)
 444         {
 445           max = annots[i].value;
 446         }
 447         resAnnotation.setElementAt(null, i);
 448       }
 449
 450       AlignmentAnnotation tfactorann = new AlignmentAnnotation(
 451               "Temperature Factor", "Temperature Factor for " + pdbid + id,
 452               annots, 0, max, AlignmentAnnotation.LINE_GRAPH);
 453       tfactorann.setSequenceRef(sequence);
 454       sequence.addAlignmentAnnotation(tfactorann);
 455     }
 456   }
 457
 458   /**
 459    * Colour start/end of bonds by charge
 460    * <ul>
 461    * <li>ASP and GLU red</li>
 462    * <li>LYS and ARG blue</li>
 463    * <li>CYS yellow</li>
 464    * <li>others light gray</li>
 465    * </ul>
 466    */
 467   public void setChargeColours()
 468   {
 469     for (Bond b : bonds)
 470     {
 471       if (b.at1 != null && b.at2 != null)
 472       {
 473         b.startCol = getChargeColour(b.at1.resName);
 474         b.endCol = getChargeColour(b.at2.resName);
 475       }
 476       else
 477       {
 478         b.startCol = Colour.gray;
 479         b.endCol = Colour.gray;
 480       }
 481     }
 482   }
 483
 484   public static ColorI getChargeColour(String resName)
 485   {
 486     ColorI result = Colour.lightGray;
 487     if ("ASP".equals(resName) || "GLU".equals(resName))
 488     {
 489       result = Colour.red;
 490     }
 491     else if ("LYS".equals(resName) || "ARG".equals(resName))
 492     {
 493       result = Colour.blue;
 494     }
 495     else if ("CYS".equals(resName))
 496     {
 497       result = Colour.yellow;
 498     }
 499     return result;
 500   }
 501
 502   /**
 503    * Sets the start/end colours of bonds to those of the start/end atoms
 504    * according to the specified colour scheme. Note: currently only works for
 505    * peptide residues.
 506    *
 507    * @param cs
 508    */
 509   public void setChainColours(ColourSchemeI cs)
 510   {
 511     int index;
 512     for (Bond b : bonds)
 513     {
 514       try
 515       {
 516         index = ResidueProperties.aa3Hash.get(b.at1.resName).intValue();
 517         b.startCol = new Colour(cs.findColour(ResidueProperties.aa[index]
 518                 .charAt(0)));
 519
 520         index = ResidueProperties.aa3Hash.get(b.at2.resName).intValue();
 521         b.endCol = new Colour(cs.findColour(ResidueProperties.aa[index]
 522                 .charAt(0)));
 523
 524       } catch (Exception e)
 525       {
 526         b.startCol = Colour.gray;
 527         b.endCol = Colour.gray;
 528       }
 529     }
 530   }
 531
 532   public void setChainColours(Color col)
 533   {
 534     for (Bond b : bonds)
 535     {
 536       b.startCol = new Colour(col);
 537       b.endCol = new Colour(col);
 538     }
 539   }
 540
 541   /**
 542    * copy any sequence annotation onto the sequence mapped using the provided
 543    * StructureMapping
 544    *
 545    * @param mapping
 546    *          - positional mapping between destination sequence and pdb resnum
 547    * @param sqmpping
 548    *          - mapping between destination sequence and local chain
 549    */
 550   public void transferResidueAnnotation(StructureMapping mapping,
 551           jalview.datamodel.Mapping sqmpping)
 552   {
 553     SequenceI sq = mapping.getSequence();
 554     SequenceI dsq = sq;
 555     if (sq != null)
 556     {
 557       while (dsq.getDatasetSequence() != null)
 558       {
 559         dsq = dsq.getDatasetSequence();
 560       }
 561       // any annotation will be transferred onto the dataset sequence
 562
 563       if (shadow != null && shadow.getAnnotation() != null)
 564       {
 565
 566         for (AlignmentAnnotation ana : shadow.getAnnotation())
 567         {
 568           List<AlignmentAnnotation> transfer = sq.getAlignmentAnnotations(
 569                   ana.getCalcId(), ana.label);
 570           if (transfer == null || transfer.size() == 0)
 571           {
 572             ana = new AlignmentAnnotation(ana);
 573             ana.liftOver(sequence, shadowMap);
 574             ana.liftOver(dsq, sqmpping);
 575             dsq.addAlignmentAnnotation(ana);
 576           }
 577           else
 578           {
 579             continue;
 580           }
 581         }
 582       }
 583       else
 584       {
 585         if (sequence != null && sequence.getAnnotation() != null)
 586         {
 587           for (AlignmentAnnotation ana : sequence.getAnnotation())
 588           {
 589             List<AlignmentAnnotation> transfer = dsq
 590                     .getAlignmentAnnotations(ana.getCalcId(), ana.label);
 591             if (transfer == null || transfer.size() == 0)
 592             {
 593               ana = new AlignmentAnnotation(ana);
 594               ana.liftOver(dsq, sqmpping);
 595               dsq.addAlignmentAnnotation(ana);
 596               // mapping.transfer(ana);
 597             }
 598             else
 599             {
 600               continue;
 601             }
 602           }
 603         }
 604       }
 605       if (false)
 606       {
 607         // Useful for debugging mappings - adds annotation for mapped position
 608         float min = -1, max = 0;
 609         Annotation[] an = new Annotation[sq.getEnd() - sq.getStart() + 1];
 610         for (int i = sq.getStart(), j = sq.getEnd(), k = 0; i <= j; i++, k++)
 611         {
 612           int prn = mapping.getPDBResNum(k + 1);
 613
 614           an[k] = new Annotation(prn);
 615           if (min == -1)
 616           {
 617             min = k;
 618             max = k;
 619           }
 620           else
 621           {
 622             if (min > k)
 623             {
 624               min = k;
 625             }
 626             else if (max < k)
 627             {
 628               max = k;
 629             }
 630           }
 631         }
 632         sq.addAlignmentAnnotation(new AlignmentAnnotation("PDB.RESNUM",
 633                 "PDB Residue Numbering for " + this.pdbid + ":" + this.id,
 634                 an, min, max, AlignmentAnnotation.LINE_GRAPH));
 635       }
 636     }
 637   }
 638 }