src/mc_view/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 mc_view;
  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.StructureImportSettings;
  33 import jalview.structure.StructureMapping;
  34 import jalview.util.Comparison;
  35
  36 import java.awt.Color;
  37 import java.util.List;
  38 import java.util.Vector;
  39
  40 public class PDBChain
  41 {
  42   public static final String RESNUM_FEATURE = "RESNUM";
  43
  44   private static final String IEASTATUS = "IEA:jalview";
  45
  46   public String id;
  47
  48   public Vector<Bond> bonds = new Vector<>();
  49
  50   public Vector<Atom> atoms = new Vector<>();
  51
  52   public Vector<Residue> residues = new Vector<>();
  53
  54   public int offset;
  55
  56   /**
  57    * sequence is the sequence extracted by the chain parsing code
  58    */
  59   public SequenceI sequence;
  60
  61   /**
  62    * shadow is the sequence created by any other parsing processes (e.g. Jmol,
  63    * RNAview)
  64    */
  65   public SequenceI shadow = null;
  66
  67   public boolean isNa = false;
  68
  69   public boolean isVisible = true;
  70
  71   public int pdbstart = 0;
  72
  73   public int pdbend = 0;
  74
  75   public int seqstart = 0;
  76
  77   public int seqend = 0;
  78
  79   public String pdbid = "";
  80
  81   public PDBChain(String thePdbid, String theId)
  82   {
  83     this.pdbid = thePdbid == null ? thePdbid : thePdbid.toLowerCase();
  84     this.id = theId;
  85   }
  86
  87   /**
  88    * character used to write newlines
  89    */
  90   protected String newline = System.getProperty("line.separator");
  91
  92   public Mapping shadowMap;
  93
  94   public void setNewlineString(String nl)
  95   {
  96     newline = nl;
  97   }
  98
  99   public String getNewlineString()
 100   {
 101     return newline;
 102   }
 103
 104   public String print()
 105   {
 106     StringBuilder tmp = new StringBuilder(256);
 107
 108     for (Bond b : bonds)
 109     {
 110       tmp.append(b.at1.resName).append(" ").append(b.at1.resNumber)
 111               .append(" ").append(offset).append(newline);
 112     }
 113
 114     return tmp.toString();
 115   }
 116
 117   /**
 118    * Annotate the residues with their corresponding positions in s1 using the
 119    * alignment in as NOTE: This clears all atom.alignmentMapping values on the
 120    * structure.
 121    *
 122    * @param as
 123    * @param s1
 124    */
 125   public void makeExactMapping(AlignSeq as, SequenceI s1)
 126   {
 127     int pdbpos = as.getSeq2Start() - 2;
 128     int alignpos = s1.getStart() + as.getSeq1Start() - 3;
 129     // first clear out any old alignmentMapping values:
 130     for (Atom atom : atoms)
 131     {
 132       atom.alignmentMapping = -1;
 133     }
 134     // and now trace the alignment onto the atom set.
 135     for (int i = 0; i < as.astr1.length(); i++)
 136     {
 137       if (as.astr1.charAt(i) != '-')
 138       {
 139         alignpos++;
 140       }
 141
 142       if (as.astr2.charAt(i) != '-')
 143       {
 144         pdbpos++;
 145       }
 146
 147       boolean sameResidue = Comparison.isSameResidue(as.astr1.charAt(i),
 148               as.astr2.charAt(i), false);
 149       if (sameResidue)
 150       {
 151         if (pdbpos >= residues.size())
 152         {
 153           continue;
 154         }
 155         Residue res = residues.elementAt(pdbpos);
 156         for (Atom atom : res.atoms)
 157         {
 158           atom.alignmentMapping = alignpos;
 159         }
 160       }
 161     }
 162   }
 163
 164   /**
 165    * Annotate the residues with their corresponding positions in s1 using the
 166    * alignment in as NOTE: This clears all atom.alignmentMapping values on the
 167    * structure.
 168    *
 169    * @param as
 170    * @param s1
 171    */
 172   public void makeExactMapping(StructureMapping mapping, SequenceI s1)
 173   {
 174     // first clear out any old alignmentMapping values:
 175     for (Atom atom : atoms)
 176     {
 177       atom.alignmentMapping = -1;
 178     }
 179     SequenceI ds = s1;
 180     while (ds.getDatasetSequence() != null)
 181     {
 182       ds = ds.getDatasetSequence();
 183     }
 184     int pdboffset = 0;
 185     for (Residue res : residues)
 186     {
 187       // res.number isn't set correctly for discontinuous/mismapped residues
 188       int seqpos = mapping.getSeqPos(res.atoms.get(0).resNumber);
 189       char strchar = sequence.getCharAt(pdboffset++);
 190       if (seqpos == StructureMapping.UNASSIGNED_VALUE)
 191       {
 192         continue;
 193       }
 194       char seqchar = ds.getCharAt(seqpos - ds.getStart());
 195
 196       boolean sameResidue = Comparison.isSameResidue(
 197               seqchar, strchar, false);
 198       if (sameResidue)
 199       {
 200         for (Atom atom : res.atoms)
 201         {
 202           atom.alignmentMapping = seqpos - 1;
 203         }
 204       }
 205     }
 206   }
 207
 208   /**
 209    * Copies over the RESNUM seqfeatures from the internal chain sequence to the
 210    * mapped sequence
 211    *
 212    * @param seq
 213    * @param status
 214    *          The Status of the transferred annotation
 215    */
 216   public void transferRESNUMFeatures(SequenceI seq,
 217           String status)
 218   {
 219     SequenceI sq = seq;
 220     while (sq != null && sq.getDatasetSequence() != null)
 221     {
 222       sq = sq.getDatasetSequence();
 223       if (sq == sequence)
 224       {
 225         return;
 226       }
 227     }
 228
 229     /*
 230      * Remove any existing features for this chain if they exist ?
 231      * SequenceFeature[] seqsfeatures=seq.getSequenceFeatures(); int
 232      * totfeat=seqsfeatures.length; // Remove any features for this exact chain
 233      * ? for (int i=0; i<seqsfeatures.length; i++) { }
 234      */
 235     if (status == null)
 236     {
 237       status = PDBChain.IEASTATUS;
 238     }
 239
 240     List<SequenceFeature> features = sequence.getSequenceFeatures();
 241     for (SequenceFeature feature : features)
 242     {
 243       if (feature.getFeatureGroup() != null
 244               && feature.getFeatureGroup().equals(pdbid))
 245       {
 246         int newBegin = 1 + residues.elementAt(feature.getBegin() - offset).atoms
 247                 .elementAt(0).alignmentMapping;
 248         int newEnd = 1 + residues.elementAt(feature.getEnd() - offset).atoms
 249                 .elementAt(0).alignmentMapping;
 250         SequenceFeature tx = new SequenceFeature(feature, newBegin, newEnd,
 251                 feature.getFeatureGroup(), feature.getScore());
 252         tx.setStatus(status
 253                 + ((tx.getStatus() == null || tx.getStatus().length() == 0)
 254                         ? ""
 255                         : ":" + tx.getStatus()));
 256         if (tx.begin != 0 && tx.end != 0)
 257         {
 258           sq.addSequenceFeature(tx);
 259         }
 260       }
 261     }
 262   }
 263
 264   /**
 265    * Traverses the list of residues and constructs bonds where CA-to-CA atoms or
 266    * P-to-P atoms are found. Also sets the 'isNa' flag if more than 99% of
 267    * residues contain a P not a CA.
 268    */
 269   public void makeCaBondList()
 270   {
 271     boolean na = false;
 272     int numNa = 0;
 273     for (int i = 0; i < (residues.size() - 1); i++)
 274     {
 275       Residue tmpres = residues.elementAt(i);
 276       Residue tmpres2 = residues.elementAt(i + 1);
 277       Atom at1 = tmpres.findAtom("CA");
 278       Atom at2 = tmpres2.findAtom("CA");
 279       na = false;
 280       if ((at1 == null) && (at2 == null))
 281       {
 282         na = true;
 283         at1 = tmpres.findAtom("P");
 284         at2 = tmpres2.findAtom("P");
 285       }
 286       if ((at1 != null) && (at2 != null))
 287       {
 288         if (at1.chain.equals(at2.chain))
 289         {
 290           if (na)
 291           {
 292             numNa++;
 293           }
 294           makeBond(at1, at2);
 295         }
 296       }
 297       else
 298       {
 299         System.out.println("not found " + i);
 300       }
 301     }
 302
 303     /*
 304      * If > 99% 'P', flag as nucleotide; note the count doesn't include the last
 305      * residue
 306      */
 307     if (residues.size() > 1 && (numNa / (residues.size() - 1) > 0.99))
 308     {
 309       isNa = true;
 310     }
 311   }
 312
 313   /**
 314    * Construct a bond from atom1 to atom2 and add it to the list of bonds for
 315    * this chain
 316    *
 317    * @param at1
 318    * @param at2
 319    */
 320   public void makeBond(Atom at1, Atom at2)
 321   {
 322     bonds.addElement(new Bond(at1, at2));
 323   }
 324
 325   /**
 326    * Traverses the list of atoms and
 327    * <ul>
 328    * <li>constructs a list of Residues, each containing all the atoms that share
 329    * the same residue number</li>
 330    * <li>adds a RESNUM sequence feature for each position</li>
 331    * <li>creates the sequence string</li>
 332    * <li>determines if nucleotide</li>
 333    * <li>saves the residue number of the first atom as 'offset'</li>
 334    * <li>adds temp factor annotation if the flag is set to do so</li>
 335    * </ul>
 336    *
 337    * @param visibleChainAnnotation
 338    */
 339   public void makeResidueList(boolean visibleChainAnnotation)
 340   {
 341     int count = 0;
 342     Object symbol;
 343     boolean deoxyn = false;
 344     boolean nucleotide = false;
 345     StringBuilder seq = new StringBuilder(256);
 346     Vector<SequenceFeature> resFeatures = new Vector<>();
 347     Vector<Annotation> resAnnotation = new Vector<>();
 348     int iSize = atoms.size() - 1;
 349     int resNumber = -1;
 350     char insCode = ' ';
 351
 352     for (int i = 0; i <= iSize; i++)
 353     {
 354       Atom tmp = atoms.elementAt(i);
 355       resNumber = tmp.resNumber;
 356       insCode = tmp.insCode;
 357
 358       int res = resNumber;
 359       char ins = insCode;
 360
 361       if (i == 0)
 362       {
 363         offset = resNumber;
 364       }
 365
 366       Vector<Atom> resAtoms = new Vector<>();
 367       // Add atoms to a vector while the residue number
 368       // remains the same as the first atom's resNumber (res)
 369       while ((resNumber == res) && (ins == insCode) && (i < atoms.size()))
 370       {
 371         resAtoms.add(atoms.elementAt(i));
 372         i++;
 373
 374         if (i < atoms.size())
 375         {
 376           resNumber = atoms.elementAt(i).resNumber;
 377           insCode = atoms.elementAt(i).insCode;
 378         }
 379         else
 380         {
 381           resNumber++;
 382         }
 383       }
 384
 385       // We need this to keep in step with the outer for i = loop
 386       i--;
 387
 388       // Add inserted residues as features to the base residue
 389       Atom currAtom = resAtoms.get(0);
 390       if (currAtom.insCode != ' ' && !residues.isEmpty()
 391               && residues.lastElement().atoms
 392                       .get(0).resNumber == currAtom.resNumber)
 393       {
 394         String desc = currAtom.resName + ":" + currAtom.resNumIns + " "
 395                 + pdbid + id;
 396         SequenceFeature sf = new SequenceFeature("INSERTION", desc, offset
 397                 + count - 1, offset + count - 1, "PDB_INS");
 398         resFeatures.addElement(sf);
 399         residues.lastElement().atoms.addAll(resAtoms);
 400       }
 401       else
 402       {
 403         // Make a new Residue object with the new atoms vector
 404         residues.addElement(new Residue(resAtoms, resNumber - 1, count));
 405
 406         Residue tmpres = residues.lastElement();
 407         Atom tmpat = tmpres.atoms.get(0);
 408         // Make A new SequenceFeature for the current residue numbering
 409         String desc = tmpat.resName
 410                 + ":" + tmpat.resNumIns + " " + pdbid + id;
 411         SequenceFeature sf = new SequenceFeature(RESNUM_FEATURE, desc,
 412                 offset + count, offset + count, pdbid);
 413         resFeatures.addElement(sf);
 414         resAnnotation.addElement(new Annotation(tmpat.tfactor));
 415         // Keep totting up the sequence
 416
 417         if ((symbol = ResidueProperties.getAA3Hash()
 418                 .get(tmpat.resName)) == null)
 419         {
 420           String nucname = tmpat.resName.trim();
 421           // use the aaIndex rather than call 'toLower' - which would take a bit
 422           // more time.
 423           deoxyn = nucname.length() == 2
 424                   && ResidueProperties.aaIndex[nucname
 425                           .charAt(0)] == ResidueProperties.aaIndex['D'];
 426           if (tmpat.name.equalsIgnoreCase("CA")
 427                   || ResidueProperties.nucleotideIndex[nucname
 428                           .charAt((deoxyn ? 1 : 0))] == -1)
 429           {
 430             char r = ResidueProperties.getSingleCharacterCode(
 431                     ResidueProperties.getCanonicalAminoAcid(tmpat.resName));
 432             seq.append(r == '0' ? 'X' : r);
 433             // System.err.println("PDBReader:Null aa3Hash for " +
 434             // tmpat.resName);
 435           }
 436           else
 437           {
 438             // nucleotide flag
 439             nucleotide = true;
 440             seq.append(nucname.charAt((deoxyn ? 1 : 0)));
 441           }
 442         }
 443         else
 444         {
 445           if (nucleotide)
 446           {
 447             System.err.println(
 448                     "Warning: mixed nucleotide and amino acid chain.. its gonna do bad things to you!");
 449           }
 450           seq.append(ResidueProperties.aa[((Integer) symbol).intValue()]);
 451         }
 452         count++;
 453       }
 454     }
 455
 456     if (id.length() < 1)
 457     {
 458       id = " ";
 459     }
 460     isNa = nucleotide;
 461     sequence = new Sequence(id, seq.toString(), offset, resNumber - 1); // Note:
 462     // resNumber-offset
 463     // ~=
 464     // seq.size()
 465     // Add normalised feature scores to RESNUM indicating start/end of sequence
 466     // sf.setScore(offset+count);
 467
 468     // System.out.println("PDB Sequence is :\nSequence = " + seq);
 469     // System.out.println("No of residues = " + residues.size());
 470
 471     if (StructureImportSettings.isShowSeqFeatures())
 472     {
 473       iSize = resFeatures.size();
 474       for (int i = 0; i < iSize; i++)
 475       {
 476         sequence.addSequenceFeature(resFeatures.elementAt(i));
 477         resFeatures.setElementAt(null, i);
 478       }
 479     }
 480     if (visibleChainAnnotation)
 481     {
 482       Annotation[] annots = new Annotation[resAnnotation.size()];
 483       float max = 0f;
 484       float min = 0f;
 485       iSize = annots.length;
 486       for (int i = 0; i < iSize; i++)
 487       {
 488         annots[i] = resAnnotation.elementAt(i);
 489         max = Math.max(max, annots[i].value);
 490         min = Math.min(min, annots[i].value);
 491         resAnnotation.setElementAt(null, i);
 492       }
 493
 494       AlignmentAnnotation tfactorann = new AlignmentAnnotation(
 495               "Temperature Factor", "Temperature Factor for " + pdbid + id,
 496               annots, min, max, AlignmentAnnotation.LINE_GRAPH);
 497       tfactorann.setSequenceRef(sequence);
 498       sequence.addAlignmentAnnotation(tfactorann);
 499     }
 500   }
 501
 502   /**
 503    * Colour start/end of bonds by charge
 504    * <ul>
 505    * <li>ASP and GLU red</li>
 506    * <li>LYS and ARG blue</li>
 507    * <li>CYS yellow</li>
 508    * <li>others light gray</li>
 509    * </ul>
 510    */
 511   public void setChargeColours()
 512   {
 513     for (Bond b : bonds)
 514     {
 515       if (b.at1 != null && b.at2 != null)
 516       {
 517         b.startCol = getChargeColour(b.at1.resName);
 518         b.endCol = getChargeColour(b.at2.resName);
 519       }
 520       else
 521       {
 522         b.startCol = Color.gray;
 523         b.endCol = Color.gray;
 524       }
 525     }
 526   }
 527
 528   public static Color getChargeColour(String resName)
 529   {
 530     Color result = Color.lightGray;
 531     if ("ASP".equals(resName) || "GLU".equals(resName))
 532     {
 533       result = Color.red;
 534     }
 535     else if ("LYS".equals(resName) || "ARG".equals(resName))
 536     {
 537       result = Color.blue;
 538     }
 539     else if ("CYS".equals(resName))
 540     {
 541       result = Color.yellow;
 542     }
 543     return result;
 544   }
 545
 546   /**
 547    * Sets the start/end colours of bonds to those of the start/end atoms
 548    * according to the specified colour scheme. Note: currently only works for
 549    * peptide residues.
 550    *
 551    * @param cs
 552    */
 553   public void setChainColours(ColourSchemeI cs)
 554   {
 555     int index;
 556     for (Bond b : bonds)
 557     {
 558       try
 559       {
 560         index = ResidueProperties.aa3Hash.get(b.at1.resName).intValue();
 561         b.startCol = cs.findColour(ResidueProperties.aa[index].charAt(0), 0,
 562                 null, null, 0f);
 563
 564         index = ResidueProperties.aa3Hash.get(b.at2.resName).intValue();
 565         b.endCol = cs.findColour(ResidueProperties.aa[index].charAt(0), 0,
 566                 null, null, 0f);
 567
 568       } catch (Exception e)
 569       {
 570         b.startCol = Color.gray;
 571         b.endCol = Color.gray;
 572       }
 573     }
 574   }
 575
 576   public void setChainColours(Color col)
 577   {
 578     for (Bond b : bonds)
 579     {
 580       b.startCol = col;
 581       b.endCol = col;
 582     }
 583   }
 584
 585   /**
 586    * copy any sequence annotation onto the sequence mapped using the provided
 587    * StructureMapping
 588    *
 589    * @param mapping
 590    *          - positional mapping between destination sequence and pdb resnum
 591    * @param sqmpping
 592    *          - mapping between destination sequence and local chain
 593    */
 594   public void transferResidueAnnotation(StructureMapping mapping,
 595           jalview.datamodel.Mapping sqmpping)
 596   {
 597     SequenceI sq = mapping.getSequence();
 598     SequenceI dsq = sq;
 599     if (sqmpping == null)
 600     {
 601       // SIFTS mappings are recorded in the StructureMapping object...
 602
 603       sqmpping = mapping.getSeqToPdbMapping();
 604     }
 605     if (sq != null)
 606     {
 607       while (dsq.getDatasetSequence() != null)
 608       {
 609         dsq = dsq.getDatasetSequence();
 610       }
 611       // any annotation will be transferred onto the dataset sequence
 612
 613       if (shadow != null && shadow.getAnnotation() != null)
 614       {
 615
 616         for (AlignmentAnnotation ana : shadow.getAnnotation())
 617         {
 618           List<AlignmentAnnotation> transfer = sq
 619                   .getAlignmentAnnotations(ana.getCalcId(), ana.label);
 620           if (transfer == null || transfer.size() == 0)
 621           {
 622             ana = new AlignmentAnnotation(ana);
 623             ana.liftOver(sequence, shadowMap);
 624             ana.liftOver(dsq, sqmpping);
 625             dsq.addAlignmentAnnotation(ana);
 626           }
 627           else
 628           {
 629             continue;
 630           }
 631         }
 632       }
 633       else
 634       {
 635         if (sequence != null && sequence.getAnnotation() != null)
 636         {
 637           for (AlignmentAnnotation ana : sequence.getAnnotation())
 638           {
 639             List<AlignmentAnnotation> transfer = dsq
 640                     .getAlignmentAnnotations(ana.getCalcId(), ana.label);
 641             if (transfer == null || transfer.size() == 0)
 642             {
 643               ana = new AlignmentAnnotation(ana);
 644               ana.liftOver(dsq, sqmpping);
 645               dsq.addAlignmentAnnotation(ana);
 646               // mapping.transfer(ana);
 647             }
 648             else
 649             {
 650               continue;
 651             }
 652           }
 653         }
 654       }
 655       if (false)
 656       {
 657         // Useful for debugging mappings - adds annotation for mapped position
 658         float min = -1, max = 0;
 659         Annotation[] an = new Annotation[sq.getEnd() - sq.getStart() + 1];
 660         for (int i = sq.getStart(), j = sq
 661                 .getEnd(), k = 0; i <= j; i++, k++)
 662         {
 663           int prn = mapping.getPDBResNum(k + 1);
 664
 665           an[k] = new Annotation(prn);
 666           if (min == -1)
 667           {
 668             min = k;
 669             max = k;
 670           }
 671           else
 672           {
 673             if (min > k)
 674             {
 675               min = k;
 676             }
 677             else if (max < k)
 678             {
 679               max = k;
 680             }
 681           }
 682         }
 683         sq.addAlignmentAnnotation(new AlignmentAnnotation("PDB.RESNUM",
 684                 "PDB Residue Numbering for " + this.pdbid + ":" + this.id,
 685                 an, min, max, AlignmentAnnotation.LINE_GRAPH));
 686       }
 687     }
 688   }
 689 }