BV_Einfuehrungstutorial_fuer_Lehrer

Einführungstutorial für BALLView für Lehrer und Schüler in 10 Schritten

Wofür ist BALLView gedacht

BALLView wurde ursprünglich für die wissenschaftliche Arbeit an der Universität im Bereich Bioinformatik programmiert. Hieraus wurde eine Schulversion für den Chemie- bzw. Biologieunterricht entwickelt. Mit BALLView können Lehrer und Schüler auf einfachste Weise Moleküle, wie Proteine oder DNA selbstständig bauen und dreidimensional drehen und betrachten. Aber auch größere Moleküle lassen sich durch die Anbindung verschiedener Datenbanken herunterladen und von allen Seiten betrachten.

1. Wie ist Ballview aufgebaut

Image(ballview_uebersicht.jpg)

Der graphische Oberfläche von Ballview lässt sich in 5 Gebiete einteilen, die später im Detail erklärt werden. Oben befindet sich eine Leiste mit Menüeinträgen und Buttons. Auf der linken Seite darunter befinden sich 2 kleine Fenster. Einmal das Strukturfenster, das alle Atome des Moleküls beinhaltet und darunter das Repräsentationsfenster, das den Inhalt der Darstellung wiedergibt. Rechts davon befindet sich die 3D Ansicht des Moleküls und am unteren Rand finden wir das Protokollfenster, das Fehlermeldungen und Hinweise gibt.

Image(ballview_menueleiste.jpg)

2. Ein Projekt anlegen

Bevor wir richtig loslegen können müssen wir dem Programm sagen, dass wir ein neues Molekül bauen möchten. Hierzu klicken wir unter Generiere -> Erzeugen eines neuen Moleküls. Im Strukturfenster sehen wir nun, dass wir ein System erzeugt haben, das ein noch leeres Molekül besitzt. Das Programm geht normalerweise automatisch in den Editiermodus. Falls dies nicht geschehen ist, klicken Sie bitte auf den Image(mode-edit.png) -Button.

3. Wir bauen Ethan

Sobald wir im Editiermodus sind, befindet sich am Ende des Mauszeigers ein kleines c für Kohlenstoff. Möchte man das Element ändern so kann man dies unter dem Menüeintrag Image(molecule-set-element.png)-Button tun.

Um ein Kohlenstoff-Atom zu bauen, klicken wir einfach auf eine leere Stelle im 3D-Fenster. Es erscheint eine graue Kugel, die ein einzelnes Kohlenstoffatom darstellt. Um ein zweites Kohlenstoffatom mit dem ersten zu verbinden gibt es nun zwei Möglichkeiten:

• Entweder geht man mit dem Mauszeiger auf eine leere Stelle im 3D-Fenster, hält die linke Maustaste gedrückt und zieht den Mauszeiger rüber zum ersten Kohlenstoffatom. Automatisch erzeugt Ballview ein weiteres C-Atom und eine Bindung.
• Oder man klickt auf eine leere Stelle im 3D-Fenster und erhält ein zweites Kohlenstoffatom. Um beide Atome zu verbinden, markiert man nun im Strukturfenster beide C's mit einem Häkchen und klickt anschließend auf Image(create-bond.png)-Button. Als nächstes müssen die fehlenden Wasserstoffe aufgefüllt werden. Auch hier gibt es zwei Möglichkeiten.
• Entweder man lässt Ballview automatisch alle Wasserstoffe an den richtigen Stellen auffüllen mittels Image(molecule-add-hydrogens.png)-Button (Falls der Button grau (inaktiv) sein soll, muss man im Strukturfenster das komplette Molekül markieren.)
• Oder man wechselt das Element, so dass ein H am Mauszeiger erscheint und fügt manuell jedes Wasserstoffatom einzeln ein.

4. Positionieren der Atome (Energieminimierung)

Unser Ethan sieht nun noch etwas seltsam aus. Ballview bietet die Möglichkeit automatisch die Bindungslängen und Winkel des Moleküls zu korrigieren. Hierzu klickt man einfach auf Image(molecule-minimize.png). Es wird eine Energieminimierung durchgeführt. Falls unser Molekül noch nicht ganz korrekt dargestellt wird (evtl. verdeckte statt gestaffelter Konformation), kann eine erneute Minimierung Verbesserung schaffen. Zur Not kann auch unter "Molekulare Mechanik->Energy Minimization" die vollständige Energieminimierung gestartet werden.

5. Das Molekül richtig betrachten

In Ballview hat man die Möglichkeit ein Molekül in beliebiger Richtung zu drehen, verschieben, rotieren und zu verkleinern oder zu vergrößern. Hierzu muss man zuerst in den Rotiermodus mit dem Image(transform-rotate.png)-Button wechseln. Nun gibt es 4 Möglichkeiten die Molekülansicht zu verändern.

• Linke Maustaste gedrückt halten, lässt das Molekül um einen festen Punkt drehen.
• Rechte Maustaste gedrückt halten, lässt das Molekül in eine gewünschte Richtung verschieben, ohne den Blickwinkel zu verändern.
• Linke und rechte Maustaste gedrückt halten, lässt das Molekül im Uhrzeigersinn rotieren.
• Mausrad scrollen, lässt das Molekül vergrößern oder verkleinern.

6. Atome auswählen und markieren

Damit einzelne oder auch mehrere Atome bearbeitet werden können, müssen diese zunächst markiert werden.

• Hierzu kann man entweder im Editiermodus mit einem Rechtsklick auf ein einzelnes Atom in der Szene klicken und dann im erscheinenden Dialogfenster eine Aktion (z.Bsp.: Lösche Atom) auswählen.
• Oder man markiert die einzelnen Atome im Strukturen-Fenster. Hierbei muss man zwischen der Markierung mittels Häkchen und blauem Balken unterscheiden. Bei der Häkchenmarkierung werden die entsprechenden Atome farblich im 3D-Fenster markiert und können später im Schiebemodus (siehe Punkt 7) verschoben werden. Möchte man jedoch mehrere Atome löschen so müssen diese mittels Strg- oder Shift-Taste + linke Maustaste "blau" markiert bzw. ausgewählt werden. Anschließend kann man mit rechter Maustaste auf die blaue Markierung klicken und eine gewünschte Aktion für die getroffene Auswahl durchführen.
• Ballview bietet allerdings auch einen eigenen Auswahlmodus Image(select-rectangular.png), in dem die Atome im 3D-Fenster direkt markiert werden können. Hierzu klickt man entweder mit der linken Maustaste auf ein einzelnes Atom oder man hält die linke Maustaste gedrückt und zieht eine Markierungsfläche über eine ganze Gruppe von Atomen. Zeitgleich werden im Strukturenfenster bei den entsprechenden Atomen Häkchen gesetzt. Mit einem Rechtsklick auf das entsprechende Atom kann die Markierung wieder aufgehoben werden.

7. Der Schiebemodus

Die im letzten Schritt markierten Atome können nun im SchiebemodusImage(transform-move.png) getrennt vom restlichen Molekül verschoben werden. Mit linker Maustaste kann so eine komplette Molekülgruppe weggezogen werden oder mit der rechten Maustaste gedreht werden.

8. Modelldarstellung verändern

Ballview bietet eine ganze Reihe von verschiedenen Modelldarstellungen. Man hat die Möglichkeit die aktuelle Darstellung zu verändern oder parallel weitere hinzuzufügen. Nach Erstellung können diese beliebig durch Häkchen ein- und ausgeblendet werden.

• Möchte man nur die aktuelle Darstellung verändern, klickt man mit rechter Maustaste im Repräsentationsfenster auf das aktuelle Modell und anschließend im erscheinenden Dialogfenster auf Modell ändern. Im darauf folgenden Dialog kann man unter Typ verschiedene Modelle (Stäbchenmodell, Van der Waal,...) auswählen und mit dem Apply-Button direkt verändern.
• Um eine neue Darstellung hinzuzufügen klickt man mit rechter Maustaste im Strukturenfenster auf das entsprechende Molekül, dann auf Erzeuge Repräsentation->Stäbchen->nach Element. Dadurch erscheint nun im Repräsentationsfenster ein neuer Eintrag. Je nachdem welches Modell dargestellt werden soll, können die Modelle mittels Häkchen ein- und ausgeblendet werden.

Image(ballview_repraesentation.jpg)

(Die Darstellungen können auch jederzeit mit rechter Maustaste oder Entf-Taste im Repräsentationsfenster wieder gelöscht werden.)

9. Herunterladen fertiger Moleküle

Damit man größere Moleküle nicht jedes Mal von Hand selbst erstellen muss, gibt es in Ballview verschiedene Datenbankanbindungen von denen man fertige Moleküle herunterladen kann. Es stehen die folgenden drei Datenbanken zur Auswahl:

• Image(download-pubchem.png) Pubchem (Chemiedatenbank, empfohlen)
• Image(download-electrondensity.png) EDS (Electron Density Server)
• Image(download-pdb.png) RCSB (Proteindatenbank)

Um ein fertiges Molekül zu laden, klickt man auf eines der obigen Symbole, zum Beispiel Pubchem. Daraufhin öffnet sich ein Fenster, in dem man unten im Feld neben dem Wort Pubchem den gewünschten Begriff (z.Bsp.: Aspirin) eingibt und anschließend auf den Button Pubchem klickt. Ballview startet nun die Suche und liefert eine ganze Liste von Vorschlägen, die das gewünschte Molekül enthalten. Mit der linken Maustaste klickt man das gesuchte Molekül an und lädt es mit dem Einfügen-Button in das Programm.

10. Die Arbeit speichern

Damit Lehrer und Schüler ihre in der Schule oder zu Hause erstellte Arbeit weiter verarbeiten können, bietet Ballview drei Möglichkeiten der Speicherung:

• ein einzelnes System als Datei speichern Image(document-save.png) (Atom- und Molekülnamen gehen verloren)
• das komplette Projekt als Datei speichern Datei->Projekt speichern (empfohlen)
• das 3D-Fenster mit dem Image(screenshot.png)-Button als Bilddatei (.png) speichern

FAQ

• In BALLView ist ein Fenster verschwunden? Unter dem Menüeintrag Fenster können jederzeit verschiedene Fenster ein- und ausgeblendet werden.

• Einige Buttons sind grau (inaktiv)? Wenn im Strukturfenser kein Molekül ausgewählt ist, werden bestimmte Buttons (z.Bsp.: Energieminimierung) deaktiviert. Damit Sie diese benutzen können, müssen Sie im Strukturfenster das entsprechende Molekül markieren.

• Wie kann man Peptide erstellen? Unter dem Menüeintrag Generiere->Build Petide gibt es die Möglichkeit mit dem Peptid-Generator eigene Peptide zu erstellen.

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