all

概要

pdb2reaction all は、抽出から解析までの一連の処理を まとめて実行する最上位コマンド です。典型的なフローは次のとおりです。

ポケット抽出 →（任意）段階的 UMA スキャン → 再帰的 MEP 探索（path-search, GSM/DMF）→ 全系へのマージ →（任意）TS 最適化 + IRC（tsopt）→（任意）振動解析・熱化学（freq）→（任意）DFT 一点計算（dft）

Important

--tsopt True の出力は TS 候補 です。最終解釈の前に、freq（虚数モード）と irc（端点極小）で必ず検証してください。

主なモードは 3 つあります。

  • エンドツーエンド（複数構造） — 反応順に並べた 2 構造以上（PDB/GJF/XYZ）と基質定義を与えます。all がポケット抽出→GSM/DMF による MEP 探索→全系テンプレートへのマージまで行い、必要に応じてセグメントごとに TSOPT / freq / DFT を実行します。

  • 単一構造 + 段階的スキャン — 1 つの構造に対して --scan-lists を 1 つ以上与えます。スキャンで得られた中間体列を MEP の端点として用います。

    • --scan-lists を 1 つだけ渡すと 1 ステージです。

    • 複数ステージは、--scan-lists を 1 回指定した後に複数値として渡します（フラグの繰り返し指定はできません）。

  • TSOPT のみ（ポケット TS 最適化） — 1 つの入力構造に対し、--scan-lists を省略して --tsopt True を指定します。-c/--center がある場合はポケットを抽出し、その系で TS 最適化 + IRC（必要に応じて freq / DFT）だけを実行します。

テンプレートがある場合の XYZ/TRJ → PDB/GJF 変換（付随ファイルの生成）は、全ステージ共通の --convert-files {True\|False}（既定: True）で制御します。

使用法

pdb2reaction all -i INPUT1 [INPUT2 ...] -c SUBSTRATE [options]

例

# 明示的なリガンド電荷と後処理を伴う複数構造アンサンブル
pdb2reaction all -i reactant.pdb product.pdb -c 'GPP,MMT' \
    --ligand-charge 'GPP:-3,MMT:-1' --mult 1 --freeze-links True \
    --max-nodes 10 --max-cycles 100 --climb True --opt-mode light \
    --out-dir ./result_all --tsopt True --thermo True --dft True

# 単一構造段階的スキャン + GSM/DMF + TSOPT/freq/DFT
pdb2reaction all -i single.pdb -c '308,309' \
    --scan-lists '[("TYR,285,CA","MMT,309,C10",2.20),("TYR,285,CB","MMT,309,C11",1.80)]' \
    --opt-mode heavy --tsopt True --thermo True --dft True

# TSOPT のみワークフロー（経路探索なし）
pdb2reaction all -i reactant.pdb -c 'GPP,MMT' \
    --ligand-charge 'GPP:-3,MMT:-1' --tsopt True --thermo True --dft True

ワークフロー

  1. 活性部位ポケット抽出（-c/--center が指定された場合）

    • 基質は PDB パス、残基 ID（123,124 または A:123,B:456）、または残基名（GPP,MMT）で指定可能

    • 抽出オプション: --radius、--radius-het2het、--include-H2O、--exclude-backbone、--add-linkH、--selected-resn、--verbose

    • 入力ごとのポケット PDB は <out-dir>/pockets/ に保存。複数構造が提供された場合、ポケットは残基選択ごとに統合

    • 最初のポケットの総電荷がスキャン/MEP/TSOPT に伝播

  2. オプションの段階的スキャン（単一入力のみ）

    • 各 --scan-lists 引数は UMA スキャンステージを記述する (i,j,target_Å) タプルの Python ライクなリスト

    • 単一リテラルは 1 ステージスキャンを実行し、複数リテラルは順次実行

    • スキャンは電荷/スピン、--freeze-links、UMA 最適化プリセット（--opt-mode）、--args-yaml、--preopt を継承。--dump はこのコマンドで明示指定された場合のみスキャンへ転送され、それ以外は scan 側のデフォルト（False）を使用

    • --scan-out-dir、--scan-one-based、--scan-max-step-size、--scan-bias-k、--scan-relax-max-cycles、--scan-preopt、--scan-endopt などの上書きフラグが利用可能

    • ステージエンドポイント（stage_XX/result.pdb）が、後続 MEP ステップへ渡される順序付き中間体となる

  3. ポケットでの MEP 探索（再帰的 GSM/DMF）

    • 抽出されたポケット（または抽出がスキップされた場合は元の全構造）を使用してデフォルトで path-search を実行（出力は <out-dir>/path_search/）

    • --refine-path False で再帰的精密化なしのシングルパス path-opt GSM/DMFチェーンに切り替え

  4. ポケットを全系にマージ

    • 参照 PDB テンプレートが存在する場合、マージされた mep_w_ref*.pdb およびセグメントごとの mep_w_ref_seg_XX.pdb ファイルが <out-dir>/path_search/ に出力

  5. オプションのセグメントごとの後処理

    • --tsopt True: 各HEIポケットでTS 最適化を実行、EulerPC IRCで追跡し、セグメントエネルギーダイアグラムを出力

    • --thermo True: (R, TS, P) で freq を呼び出し振動/熱化学データとUMA Gibbsダイアグラムを取得

    • --dft True: (R, TS, P) でDFT 一点計算を起動しDFTダイアグラムを構築。--thermo True と組み合わせるとDFT//UMA Gibbsダイアグラムも生成

    • 共有の上書きには --opt-mode、--opt-mode-post（TSOPT/IRC後最適化のプリセット上書き）、--flatten-imag-mode、--hessian-calc-mode、--tsopt-max-cycles、--tsopt-out-dir、--freq-*、--dft-*、--dft-engine（GPU優先）などが含まれる

    • VRAMが十分な場合は --hessian-calc-mode を Analytical に設定することを強く推奨

  6. TSOPT のみモード（単一入力、--tsopt True、--scan-lists なし）

    • MEP/マージステージをスキップ。ポケット（または抽出がスキップされた場合は完全入力）で tsopt を実行し、EulerPC IRCを実行

    • 高エネルギー側の IRC 終端を反応物 (R) として識別し、エネルギーダイアグラム一式とオプションの freq/DFT 出力を生成

電荷とスピンの優先順位

電荷の解決（優先度順）:

優先度

ソース

適用条件

1

-q/--charge

CLI で明示指定

2

ポケット抽出

-c 指定時（アミノ酸・イオン・--ligand-charge を合算）

3

--ligand-charge（数値）

抽出失敗時またはスキップ時のフォールバック

4

.gjf テンプレート

埋め込み電荷/スピン情報

5

デフォルト

なし（未解決ならエラー）

スピンの解決: --mult（CLI） → .gjf テンプレート → デフォルト (1)

ヒント: 非標準の基質には --ligand-charge を必ず指定し、正しい電荷伝播を確保してください。

入力要件

  • 抽出有効（-c/--center）: 残基同定のため入力は PDB が必須。

  • 抽出なし: PDB/XYZ/GJF を使用可能。

  • 複数構造実行は 2 つ以上の構造が必要。

CLI オプション

注記: 表示されているデフォルト値は、オプション未指定時に使用される内部デフォルトです。

入出力オプション

オプション

説明

デフォルト

-i, --input PATH...

反応順序の2つ以上の完全構造（--scan-lists または --tsopt True のみ単一入力可）

必須

--out-dir PATH

トップレベル出力ディレクトリ

./result_all/

--convert-files {True|False}

XYZ/TRJ → PDB/GJFコンパニオンのグローバルトグル

True

--dump {True|False}

MEP(GSM/DMF)軌跡を出力。path-search/path-opt には常時転送され、scan/tsopt には明示指定時のみ転送。freq はデフォルトで dump=True なので --dump False で無効化。

False

--args-yaml FILE

全サブコマンドへそのまま転送されるYAML

None

電荷・スピンオプション

オプション

説明

デフォルト

--ligand-charge TEXT

未知残基の残基別マッピングまたは総電荷（推奨）

None

-q, --charge INT

総電荷を強制上書き（--ligand-charge より優先）

None

-m, --mult INT

全下流ステップへ転送されるスピン多重度

1

ポケット抽出オプション

オプション

説明

デフォルト

-c, --center TEXT

基質指定（PDBパス、残基ID、または残基名）

抽出に必須

-r, --radius FLOAT

ポケット包含カットオフ（Å）

2.6

--radius-het2het FLOAT

ヘテロ–ヘテロカットオフ（Å）

0.0

--include-H2O, --include-h2o {True|False}

水分子を含める（HOH/WAT/TIP3/SOL）

True

--exclude-backbone {True|False}

非基質アミノ酸の主鎖原子を除去

True

--add-linkH {True|False}

切断結合にリンク水素を付加

True

--selected-resn TEXT

強制包含残基

""

--freeze-links {True|False}

ポケットPDBでリンクHの親を凍結

True

--verbose {True|False}

抽出器のINFOログを有効化

True

MEP 探索オプション

オプション

説明

デフォルト

--mep-mode [gsm|dmf]

MEP 探索アルゴリズム: GSM（Growing String Method）または DMF（Direct Max Flux）

gsm

--max-nodes INT

MEP内部ノード数

10

--max-cycles INT

MEP最大最適化サイクル

300

--climb {True|False}

最初のセグメントでTSクライミングを有効化

True

--opt-mode [light|heavy]

最適化プリセット（light → LBFGS/Dimer、heavy → RFO/RSIRFO）

light

--thresh TEXT

収束プリセット（gau_loose, gau, gau_tight, gau_vtight, baker, never）

gau

--preopt {True|False}

MEP前にポケット端点を事前最適化

True

--refine-path {True|False}

True の場合は再帰的 path-search、False の場合は path-opt を連結して再帰的精密化なしで実行

True

UMA計算機オプション

オプション

説明

デフォルト

--workers, --workers-per-node

UMA並列度（workers > 1 で解析ヘシアン無効）

1, 1

--hessian-calc-mode [Analytical|FiniteDifference]

共有UMAヘシアンエンジン

FiniteDifference

後処理オプション

オプション

説明

デフォルト

--tsopt {True|False}

セグメントごとのTS最適化 + IRC を実行

False

--thermo {True|False}

R/TS/Pで振動解析を実行

False

--dft {True|False}

R/TS/PでDFT一点計算を実行

False

--opt-mode-post [light|heavy]

TSOPT/IRC後最適化のプリセット

None

--thresh-post TEXT

IRC後エンドポイント最適化の収束プリセット（gau_loose, gau, gau_tight, gau_vtight, baker, never）

baker

--flatten-imag-mode {True|False}

余分な虚数モードのフラット化

False

TSOPT の最適化モードは、--opt-mode-post（指定時）→ --opt-mode（明示指定時のみ）→ TSOPT の既定（heavy）の順で決まります。

TSOPT 上書き

オプション

説明

デフォルト

--tsopt-max-cycles INT

tsopt --max-cycles 上書き

10000

--tsopt-out-dir PATH

tsopt出力サブディレクトリ

None

Freq 上書き

オプション

説明

デフォルト

--freq-out-dir PATH

freq出力ディレクトリ上書き

None

--freq-max-write INT

最大モード出力数

10

--freq-amplitude-ang FLOAT

モードアニメーション振幅（Å）

0.8

--freq-n-frames INT

モードアニメーションフレーム数

20

--freq-sort [value|abs]

モードソート方法

value

--freq-temperature FLOAT

熱化学温度（K）

298.15

--freq-pressure FLOAT

熱化学圧力（atm）

1.0

DFT 上書き

オプション

説明

デフォルト

--dft-engine [gpu|cpu|auto]

バックエンド（auto はGPU優先）

gpu

--dft-out-dir PATH

DFT出力ディレクトリ上書き

None

--dft-func-basis TEXT

汎関数/基底関数ペア

wb97m-v/def2-tzvpd

--dft-max-cycle INT

最大SCFサイクル

100

--dft-conv-tol FLOAT

SCF収束閾値

1e-9

--dft-grid-level INT

PySCFグリッドレベル

3

スキャンオプション（単一入力）

オプション

説明

デフォルト

--scan-lists, --scan-list TEXT...

段階的スキャン: (i,j,target_Å) タプル

None

--scan-out-dir PATH

scan出力ディレクトリ上書き

None

--scan-one-based {True|False}

1始まり/0始まりインデックス

True

--scan-max-step-size FLOAT

最大ステップサイズ（Å）

0.20

--scan-bias-k FLOAT

調和バイアス強度（eV/Ų）

300

--scan-relax-max-cycles INT

緩和サイクル上限

10000

--scan-preopt {True|False}

scan事前最適化

True

--scan-endopt {True|False}

scanステージ終端最適化

True

出力

out_dir/ (デフォルト: ./result_all/)
├─ summary.log               # テキスト形式の結果要約
├─ summary.yaml              # YAML 形式の結果要約
├─ pockets/                  # 抽出実行時の入力ごとのポケット PDB
├─ scan/                     # 段階的ポケットスキャン結果（--scan-lists提供時）
├─ path_search/              # MEP結果: 軌跡、マージPDB、ダイアグラム
├─ path_search/post_seg_XX/  # 後処理出力（TS最適化、IRC、freq、DFT）
└─ tsopt_single/             # TSOPT のみ出力とIRCエンドポイント

  • コンソールにはポケット電荷の解決結果、YAML内容、スキャン段数、MEP進行状況（GSM/DMF）、各ステージ時間のサマリーが出力されます。

summary.log の読み方

ログは番号付きセクションで構成されます:

  • [1] グローバル MEP 概要 – イメージ/セグメント数、MEP 軌跡プロットのパス、MEP 全体のエネルギーダイアグラム。

  • [2] セグメント別MEPサマリー（UMAパス） – セグメントごとの障壁（ΔE‡）、反応エネルギー（ΔE）、結合変化サマリー。

  • [3] セグメント別後処理（TSOPT / Thermo / DFT） – TS虚数振動数チェック、IRC出力、UMA/熱化学/DFTのエネルギーテーブル。

  • [4] エネルギーダイアグラム（概要） – MEP/UMA/Gibbs/DFT 系の図表と、任意の横断サマリー表。

  • [5] 出力ディレクトリ構造 – 生成ファイルを注釈付きでまとめたツリー。

summary.yaml の読み方

YAML はプログラムから処理しやすい形式の要約です。代表的なトップレベルキーは以下のとおりです。

  • out_dir, n_images, n_segments – 実行メタデータと総数。

  • segments – index, tag, kind, barrier_kcal, delta_kcal, bond_changes を含むセグメント配列。

  • energy_diagrams（任意） – labels, energies_kcal, energies_au, ylabel, image などを含む図表データ。

summary.yaml には summary.log にある整形テーブルやファイルツリーは含まれません。

注意事項

  • 形式電荷が推定できない場合は --ligand-charge（数値または残基別マッピング）を必ず指定し、scan/MEP/TSOPT/DFTへ正しい総電荷を伝播させてください。

  • マージ用の参照 PDB テンプレートは元の入力から自動導出されます。path-search の --ref-full-pdb はこのラッパーでは意図的に隠されています。

  • 収束プリセット: --thresh の既定は gau、--thresh-post の既定は baker。

  • 抽出半径: --radius または --radius-het2het に 0 を渡すと、内部で 0.001 Å にクランプされます。

  • ダイアグラムのエネルギーは反応物（最初の状態）基準の kcal/mol で報告されます。

  • -c/--center を省略すると抽出をスキップして全構造を MEP/tsopt/freq/DFT に渡しますが、単一構造実行には --scan-lists か --tsopt True が引き続き必要です。

  • --args-yaml で全計算器を単一設定から制御できます。YAMLはCLIを上書きします。

YAML 設定（--args-yaml）

同じ YAML ファイルがすべての呼び出されるサブコマンドにそのまま転送されます。各ツールは独自のドキュメントに記載されているセクションを読み取ります:

サブコマンド

YAML セクション

path-search

geom, calc, gs, opt, sopt, bond, search

scan

geom, calc, opt, lbfgs, rfo, bias, bond

tsopt

geom, calc, opt, hessian_dimer, rsirfo

freq

geom, calc, freq, thermo

dft

dft

注記: CLI と YAML の両方が指定された場合、YAML が優先されます。

最小例:

calc:
  model: uma-s-1p1
  hessian_calc_mode: Analytical  # VRAM に余裕がある場合推奨
gs:
  max_nodes: 12
  climb: true
dft:
  grid_level: 6

すべての YAML オプションの完全なリファレンスについては、YAML 設定リファレンス を参照してください。

関連項目