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