`mm-parm`（Amber トポロジーの作成）¶

mm-parm は、酵素–基質複合体の全系の PDB から、AmberTools の tleap で Amber のトポロジー（parm7）・座標（rst7）と、それに対応する PDB を作ります。基質や補因子のように力場が知らない残基には、GAFF2 のパラメータと AM1-BCC 電荷を付けます。ML/MM の計算コマンドは、どれもこの parm7 を --parm7 で読みます。

主な用途¶

MM のトポロジーを作る: 全系の parm7・rst7・PDB を書き出します。
リガンドのパラメータを作る: 未知の残基に、-l と --ligand-mult の形式電荷と多重度で GAFF2 のパラメータを付けます。
モデルを手で組む: mm-parm が書く PDB を extract と define-layer に渡します。この PDB の原子は parm7 と同じ順に並んでいます。

基本的な実行例¶

1. リガンドの電荷と多重度を渡す¶

リガンドごとの形式電荷とスピン多重度を残基名で渡します。

mlmm mm-parm -i input.pdb --out-prefix complex \
    -l 'GPP:-3,MMT:-1' --ligand-mult 'GPP:1,MMT:1'

端末に complex.pdb・complex.parm7・complex.rst7 の [mm-parm] Wrote: が出れば成功です。

2. pH 7.0 で水素を付ける¶

作成の前に PDBFixer で水素を付けます。

mlmm mm-parm -i input.pdb --out-prefix complex \
    -l 'GPP:-3,MMT:-1' --ligand-mult 'GPP:1,MMT:1' \
    --add-ter --ff-set ff19SB --add-h --ph 7.0

3. 水素が付いている入力¶

入力をそのまま使います。

mlmm mm-parm -i input.pdb --out-prefix complex \
    -l 'GPP:-3' --no-add-h

4. モデルを手で組む¶

トポロジーを作り、mm-parm が書いた PDB から ML 領域を切り出し、同じ PDB に層を付けます。

mlmm mm-parm -i input.pdb -l 'LIG:0' --out-prefix system
mlmm extract -i system.pdb -c LIG -l 'LIG:0' -o model.pdb
mlmm define-layer -i system.pdb --model-pdb model.pdb -o system_layered.pdb

計算コマンドには system_layered.pdb と --parm7 system.parm7 を渡します。

5. mmCIF の入力に使うトポロジー¶

mm-parm が読むのは PDB だけです。mmCIF の入力では、全系を原子の並びと元素を変えずに PDB に書き出し、そこからトポロジーを作って、その parm7 を mmCIF の構造と一緒に all に渡します。

mlmm mm-parm -i reactant_topology.pdb -l 'SAM:1,GPP:-3' \
    --out-prefix full_system
mlmm all -i reactant.cif product.cif --parm7 full_system.parm7 \
    -c 'enzyme_A:SAM:10001,enzyme_A:GPP:10002' \
    -l 'SAM:1,GPP:-3' --tsopt --thermo -o result

処理の仕組みと計算仕様¶

入力: PDB をそのまま使います。--add-h では、PDBFixer が --ph で水素を付けます。欠けた重原子や残基は足しません。
TER レコード: --add-ter（デフォルト）では、-l に書いた残基・水・イオンのまとまりの前後に TER を入れます。こうした残基が続く所は分けません。ペプチドの C–N 結合でつながっていない隣のアミノ酸の間（別の chain か、C–N > 1.9 Å）にも TER を入れます。
ジスルフィド結合: SG 原子どうしが 2.5 Å 以内の CYS/CYX の組を結合し、結合した CYS の名前を CYX に変えて、tleap が HG を外すようにします。--no-auto-disulfide では、もとから CYX という名前の残基だけを結合します。
未知の残基: まず力場だけで tleap を実行します。tleap が未知と報告した残基名ごとに、ファイルの中でその名前の最初の残基から、antechamber（GAFF2、AM1-BCC）と parmchk2 でパラメータを作ります。電荷は -l（無ければ 0）、多重度は --ligand-mult（無ければ 1）です。antechamber の前に、残基の電子数がこの電荷・多重度と合うかを確かめます。
トポロジー: 新しいパラメータを読んで tleap をもう一度実行し、トポロジー・座標・PDB を書きます。mm-parm は PDB の空の元素の欄を parm7 から埋め、ほかのレコードと原子の順は変えません。

主な出力ファイル¶

./
├─ <prefix>.parm7   # Amber のトポロジー
├─ <prefix>.rst7    # Amber の座標（ASCII）
└─ <prefix>.pdb     # 元素の欄を埋めた tleap の PDB。原子と順序は parm7 と同じ

<prefix> のデフォルト値は入力のファイル名から拡張子を除いたもので、現在のディレクトリに書かれます。PDB は --out-prefix を指定したときに書かれ、--out-prefix なしで --add-h を指定したときは <入力の名前>_parm.pdb になります。どちらでもなければ parm7 と rst7 だけです。<prefix>.pdb が入力を置き換えないよう、接頭辞には入力と違う名前を指定してください。--add-h の後で作成が失敗したときは、その PDB のパスにまだファイルが無ければ、水素を付けた構造をそこに書きます。--keep-temp では、tleap のログを含む作業ディレクトリ parm7build_* が現在のディレクトリに残ります。

主な CLI オプション¶

オプション	引数の型	デフォルト	説明
`-i, --input`	パス	（必須）	入力 PDB。`--add-h` が無ければそのまま使う
`-o, --out-prefix`	文字列	入力の名前（拡張子なし）	出力ファイルの接頭辞
`-l, --ligand-charge`	文字列	`None`	残基名ごとの形式電荷（例: `'GPP:-3,MMT:-1'`）
`--ligand-mult`	文字列	`1`	残基名ごとのスピン多重度（例: `'HEM:1,NO:2'`）
`--keep-temp/--no-keep-temp`	フラグ	`False`	作業ディレクトリと tleap のログを残す
`--add-ter/--no-add-ter`	フラグ	`True`	リガンド・水・イオンのまとまりの前後と、ペプチド結合でつながらないアミノ酸の間に `TER` を入れる
`--auto-disulfide/--no-auto-disulfide`	フラグ	`True`	SG–SG ≤ 2.5 Å の CYS/CYX の組を結合し、結合した CYS の名前を CYX に変える。オフでは、もとから CYX の残基だけを結合する
`--add-h/--no-add-h`	フラグ	`False`	PDBFixer で、`--ph` の pH に合わせて水素を付ける
`--ph`	浮動小数点数	`7.0`	`--add-h` の pH
`--ff-set`	`ff19SB` か `ff14SB`	`ff19SB`	力場の組

全オプションは自動生成のオプションの一覧（英語のみ）を参照してください。

`oniom-export` 用の CMAP を含まないトポロジー¶

ff14SB で作成し、CMAP 項がないことを確認します。

mlmm mm-parm -i input.pdb -l 'LIG:0' --ff-set ff14SB --out-prefix system
python -c "import parmed as pmd; p=pmd.load_file('system.parm7'); assert not p.cmaps"

使用上の注意点¶

トポロジーを自分で作る系: mm-parm は、基質が典型的な有機分子のときに向いています。次の系では、トポロジーを自分で作り、--parm7 で渡してください。
- 金属酵素: 金属中心には専用の結合・非結合パラメータ（MCPB.py、bonded model、ZAFF）が要ります。GAFF2 では金属–配位子の配位を表せません。
- 糖鎖: 力場の組は GLYCAM_06j-1 を読み込みますが、mm-parm はジスルフィド以外の結合を作りません。グリコシド結合など残基の間の共有結合には、tleap の bond コマンドを自分で書く必要があります。
- 非標準アミノ酸・翻訳後修飾: 修飾残基には専用の frcmod/lib ファイルが要ることがあります。
- MD から取った構造: MD の parm7 を使い回してください。そうすれば、ML/MM の計算は MD と同じ MM のエネルギー面を使い、部分電荷や原子タイプも変わりません。
```
# MD で作ったトポロジーを使う
mlmm opt -i snapshot_layered.pdb --parm7 md_system.parm7 -q -1 -m 1 \
  --opt-mode grad --out-dir result
```
parm7 は原子の順で対応づける: どの座標の入力も、全系の原子を parm7 と同じ順に持っている必要があります。ML/MM 計算機は計算の前に、原子数と、原子ごとの元素・原子名（1HB と HB1 は同じ）・残基名・残基の順番を比べ、最初に食い違った所で止まります。反応物・中間体・生成物の構造を作るときは、原子名・残基名・原子の順を保ってください。--model-pdb のファイルは、全系から変えずに取り出した部分集合で、ML 領域の原子を選ぶためだけに使います。
出力 PDB の残基番号: tleap は残基を出てくる順に 1, 2, … と数えるので、mm-parm が書く PDB の残基番号は入力と違うことがあります。examples/beza/1.R.pdb では、ARG 38 が 1 番目、SAM 320 が 283 番目の残基です。この PDB を手で切るときは、残基を名前で選ぶか、番号をファイルで確かめてください。all は元の入力を切るので、元の番号のまま指定できます。
力場が知らないアミノ酸: extract がアミノ酸として扱う残基（extract の付録）を tleap が知らないと、作成は止まります。メッセージは 3 つの対処を示します。-l に書いて GAFF2 のパラメータを付ける、入力の残基を変える、tleap でトポロジーを自分で作る、です。
リガンドの電荷と水素: 残基の水素の数が電荷・多重度と合わないと、電子数の確認で止まります（SAM では水素 22 個が電荷 0、23 個が +1）。tleap がもう知っている残基への -l・--ligand-mult は使われず、警告が出ます。
力場の組: ff19SB は ff19SB と phosaa19SB・ff19SB_modAA、OPC3 の水とそのイオンのパラメータを読み込みます。ff14SB は ff14SB と phosaa14SB・ff14SB_modAA、TIP3P の水とそのイオンのパラメータを読み込みます。どちらも lipid21・RNA.OL3・DNA.OL21・GLYCAM_06j-1・GAFF2 を読み込みます。
仮想サイトを持つ水: デフォルトの MM バックエンド hessian_ff は、質量の無い仮想サイトを持つ水（OPC・TIP4P/-Ew・TIP5P）のトポロジーを拒み、その数と原子番号を表示します。3 点の水を使うか、計算を --mm-backend openmm で実行してください。
必要なもの: AmberTools の tleap・antechamber・parmchk2 が PATH にあることが必要で、--add-h には PDBFixer も要ります。

mm-parm（Amber トポロジーの作成）¶