用語集

このページでは、mlmm-toolkit ドキュメント内で使われる略語・専門用語を簡潔に説明します。

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ML/MM・ONIOM

用語	正式名称	説明
ML/MM	Machine Learning / Molecular Mechanics	機械学習ポテンシャルと分子力学を組み合わせたマルチスケール手法。mlmm-toolkit の中核概念。
ONIOM	Our own N-layered Integrated molecular Orbital and molecular Mechanics	異なる計算レベルを多層的に組み合わせる手法。mlmm-toolkit は ONIOM 的な引き算方式を使用: E_total = E_REAL_low + E_MODEL_high - E_MODEL_low。
QM/MM	Quantum Mechanics / Molecular Mechanics	量子化学と分子力学の結合手法。ML/MM は QM 部分を機械学習ポテンシャルで置き換えた変種。
real system	–	ONIOM 分解における全系（3 層すべて）。parm7 トポロジーで記述され、hessian_ff で MM エネルギーを計算。
model system	–	ONIOM 分解における ML 領域（Layer 1）。MLIP バックエンド（デフォルト: UMA）と MM の両方で評価。
リンク水素	Link Hydrogen	ML 領域と MM 領域の境界で切断された結合をキャップする水素原子。ヤコビアンで力を再分配。
hessian_ff	–	mlmm-toolkit に同梱される C++ ネイティブ拡張の Amber 力場計算エンジン。解析ヘシアンをサポート。
3 層システム	3-layer system	mlmm-toolkit の B-factor による層分割方式: ML（B=0.0）、Movable-MM（B=10.0）、Frozen（B=20.0）。
B-factor エンコーディング	B-factor encoding	PDB の B-factor（温度因子）カラムに層の所属を格納する方式: 0.0 = ML、10.0 = Movable-MM、20.0 = Frozen。Hessian 対象 MM 原子はカットオフ/明示的インデックスで制御。

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力場・Amber

用語	正式名称	説明
parm7（prmtop）	Amber Parameter/Topology file	Amber のトポロジーファイル。原子タイプ、結合、角度、二面角、VDW パラメータ、部分電荷を含む。
rst7（inpcrd）	Amber Restart / Initial Coordinates	Amber の座標ファイル。原子の 3D 座標を格納。
AmberTools	–	Amber のオープンソースツール群。tleap（トポロジー構築）、antechamber（リガンドパラメータ化）、parmchk2（不足パラメータ補完）を含む。mlmm mm-parm に必要。
tleap	–	AmberTools のトポロジー構築プログラム。PDB から parm7/rst7 を生成。
antechamber	–	AmberTools のプログラム。小分子に GAFF2 原子型と AM1-BCC 部分電荷を割り当てる。
parmchk2	–	AmberTools のプログラム。GAFF2 型付けで不足する力場パラメータをチェック・補完する。
GAFF2	General Amber Force Field 2	有機小分子向けの汎用 Amber 力場。リガンド（基質、補因子）のパラメータ化に使用。
ff19SB	–	タンパク質向け Amber 力場（2019 年版）。mlmm のデフォルト。
ff14SB	–	タンパク質向け Amber 力場（2014 年版）。--ff-set ff14SB で選択可能。
AM1-BCC	AM1 Bond Charge Corrections	半経験的 AM1 法に基づく部分電荷割り当て方法。antechamber で使用。HF/6-31G* RESP 電荷を近似。

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反応経路・最適化

用語	正式名称	説明
MEP	Minimum Energy Path	反応物から生成物へ至る最小エネルギー経路（ポテンシャルエネルギー面上の最も低い経路）。
TS	Transition State	反応座標に沿ったエネルギー極大に対応する一次の鞍点。
IRC	Intrinsic Reaction Coordinate	TS から反応物側・生成物側へ向かう、質量重み付き最急降下経路。TS の接続検証によく使われます。
GSM	Growing String Method	端点からストリング（画像列）を伸長・最適化して MEP を近似する手法。
DMF	Direct Max Flux	反応座標方向のフラックスを最大化することで MEP を最適化する chain-of-states 手法。--mep-mode dmf で選択。
NEB	Nudged Elastic Band	画像間にばね力を導入し、画像間隔を保ちながら経路を最適化する chain-of-states 手法。
HEI	Highest-Energy Image	MEP 上でエネルギーが最大の画像。TS の初期推定としてよく使われます。
画像（Image）	–	経路上の 1 つの構造（1 ノード）。
セグメント	–	2 つの隣接する端点を結ぶ MEP（例: R → I1, I1 → I2,…）。

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最適化アルゴリズム

用語	正式名称	説明
L-BFGS	Limited-memory BFGS	勾配履歴からヘシアンを近似する準ニュートン法。--opt-mode grad で使用。
RFO	Rational Function Optimization	明示的なヘシアン情報を使用する信頼領域最適化法。--opt-mode hess で使用。
RS-I-RFO	Restricted-Step Image-RFO	1 つの負固有値方向に沿う、鞍点（TS）最適化用の RFO 変種。
Dimer	Dimer Method	完全なヘシアンを計算せずに最低曲率モードを推定する TS 最適化法。--opt-mode grad の TSOPT で使用。
PHVA	Partial Hessian Vibrational Analysis	アクティブ（非凍結）原子のヘシアンブロックのみを使用した振動数計算。freq のデフォルト。

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機械学習・計算機

用語	正式名称	説明
MLIP	Machine Learning Interatomic Potential	量子化学データから学習し、構造からエネルギー・力を予測する原子間ポテンシャル。
UMA	Universal Machine-learning potential for Atoms	Meta が公開している事前学習 MLIP 群。mlmm のデフォルト MLIP バックエンド。--backend uma で選択（デフォルト）。
ORB	ORB Models	Orbital Materials が提供する MLIP バックエンド。--backend orb で選択。pip install "mlmm-toolkit[orb]" で追加インストール。
MACE	MACE (Message-passing Atomic Cluster Expansion)	等変メッセージパッシングに基づく MLIP バックエンド。--backend mace で選択。e3nn 競合のため別環境が必要（README 参照）。
AIMNet2	Atoms In Molecules Network 2	ニューラルネットワークベースの MLIP バックエンド。--backend aimnet2 で選択。pip install "mlmm-toolkit[aimnet2]" で追加インストール。
xTB	Extended Tight-Binding	半経験的量子化学手法。mlmm では --embedcharge 有効時に点電荷埋め込み補正に使用。
解析ヘシアン	Analytical Hessian	エネルギーの正確な二階微分を計算。高速だが VRAM を多く消費。現在 UMA バックエンドでのみ利用可能。
有限差分	Finite Difference	微小変位による微分近似。低速だがメモリ効率が良い。ORB、MACE、AIMNet2 バックエンドで使用。

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量子化学

用語	正式名称	説明
QM	Quantum Mechanics	DFT、HF、post-HF などの第一原理電子状態計算。
DFT	Density Functional Theory	電子密度汎関数に基づく電子状態計算法。
Hessian	–	エネルギーの二階微分行列。振動解析や TS 最適化に使用します。
SP	Single Point	固定構造での計算（最適化なし）。高精度エネルギー補正によく使用。
スピン多重度	Spin Multiplicity	2S+1（S は全スピン）。一重項 = 1、二重項 = 2、三重項 = 3 など。

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構造生物学・ポケット抽出

用語	正式名称	説明
PDB	Protein Data Bank	タンパク質などの三次元構造を表す標準フォーマット（およびデータベース）。
XYZ	–	元素記号と直交座標を並べたシンプルなテキスト形式。
GJF	Gaussian Job File	Gaussian の入力形式。電荷/多重度と座標の読み取りに利用可能。
ポケット	Active-site Pocket	基質周辺を切り出した部分構造。MEP/TS 探索の計算量削減に使用。「クラスターモデル」とも。
クラスターモデル	Cluster Model	ポケットの別名。酵素-基質複合体から計算可能なサイズに切り出した部分系。
リンク水素	Link Hydrogen	ポケット抽出時に切断された結合をキャップするために付加する水素原子。
主鎖	Backbone	タンパク質の主骨格（N-Ca-C-O 原子）。--exclude-backbone で除外可能。
B-factor	Temperature Factor	PDB の温度因子カラム。mlmm では 3 層の層割り当てをエンコードするために使用（0.0, 10.0, 20.0）。

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熱化学

用語	正式名称	説明
ZPE	Zero-Point Energy	0 K での振動エネルギー。電子エネルギーへの量子補正。
ギブズエネルギー	Free Energy (G)	G = H - TS。熱・エントロピー寄与を含む。
エンタルピー	(H)	H = E + PV。定圧での全熱含量。
エントロピー	(S)	無秩序さの尺度。ギブズエネルギーに -TS として寄与。

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単位・定数

用語	説明
Hartree	原子単位系のエネルギー。1 Hartree ≈ 627.5 kcal/mol ≈ 27.21 eV。
kcal/mol	反応エネルギー表現でよく使われる単位。
kJ/mol	キロジュール/モル。1 kcal/mol ≈ 4.184 kJ/mol。
eV	電子ボルト。1 eV ≈ 23.06 kcal/mol。
Bohr	原子単位系の長さ。1 Bohr ≈ 0.529 Angstrom。
Angstrom	10^-10 m。原子間距離の表現でよく使われる長さ単位。

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CLI 規則

用語	説明
ブール値オプション	True または False（大文字始まり）を取る CLI フラグ。例: --tsopt。
残基セレクタ	'SAM,GPP'（名前）や 'A:123,B:456'（チェーン:ID）のような指定方法。
原子セレクタ	'TYR,285,CA' のように残基名・番号・原子名で特定の原子を指定する方法。
B-factor 層エンコーディング	PDB の B-factor カラムを使用して 3 層の層割り当て（0.0, 10.0, 20.0）をエンコードする方式。Hessian 対象 MM 原子は別設定で制御。

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関連項目

• はじめに – インストールと初回実行

• 概念とワークフロー – ポケット抽出、ML/MM レイヤー、MEP 探索、後処理の全体像

• 典型エラー別レシピ – 症状起点の切り分け

• トラブルシューティング – よくあるエラーと対処法

• YAML リファレンス – 設定ファイルの仕様

• ML/MM 計算機 – 機械学習ポテンシャルの詳細