`extract`¶

概要¶

要約: タンパク質–リガンド PDB からクラスターモデル（活性部位モデル（バインディングポケット））を抽出します。基質は -c で指定します（残基名、残基 ID、または PDB パス）。切断された結合はリンク水素でキャップされます。非標準残基の電荷には --ligand-charge を使用してください。

要点¶

想定場面: タンパク質–リガンド PDB（単一構造またはアンサンブル）から、後続の MEP/TSOPT/freq/DFT 用の活性部位モデル（クラスターモデル）を切り出す場合。
手法: 距離ベースの残基選択（--radius、必要に応じて --radius-het2het）+ ペプチド/ジスルフィド/PRO セーフガード、主鎖トリミング、切断結合へのリンク水素キャップ（任意）。
主な出力: TER の後にリンク水素を含む活性部位モデル PDB（-o 指定に応じて model.pdb、model_<input>.pdb、または単一マルチ MODEL PDB）。--out-json 指定時は result.json も出力。
デフォルト値: --radius 2.6 Å、--radius-het2het 0.0（無効）、--include-h2o True、--exclude-backbone False、--add-linkh True、--freeze-links True、--verbose True。
次のステップ: 出力モデル PDB を path-search / scan / opt / tsopt に渡すか、all を -c/--center 付きで実行して抽出から後処理まで一括で連結。

pdb2reaction extract は基質近傍の残基を選択して活性部位モデル（クラスターモデル）を生成し、規則に従ってトリミングしたうえで、必要に応じて切断結合をリンク水素でキャップします。単一構造だけでなく、複数 PDB を入力するアンサンブル処理にも対応しています。

残基/原子の命名が非標準で残基分類や電荷サマリーに影響がある場合は、下部の付録（PDB 命名規則と内部参照リスト）を参照してください。

Important

リンク水素と凍結原子について。 切断された共有結合は リンク水素（残基 LKH、原子 HL）でキャップされます。下流のすべてのサブコマンドでデフォルトで有効な --freeze-links により、これらリンク水素の親原子は最適化、MEP 探索、IRC、振動解析の間凍結され、モデル境界での非物理的な緩和を防ぎます。完全な挙動は下記リンク水素と凍結原子セクションを参照してください。opt、tsopt、freq、irc、path-search、path-opt、scan などのサブコマンドはいずれもこのセクションを参照しています。

使用法¶

pdb2reaction extract -i COMPLEX.pdb [COMPLEX2.pdb...]
 -c SUBSTRATE_SPEC
 [-o POCKET.pdb [POCKET2.pdb...]]
 [--radius Å] [--radius-het2het Å]
 [--include-h2o/--no-include-h2o]
 [--exclude-backbone/--no-exclude-backbone]
 [--add-linkh/--no-add-linkh]
 [--selected-resn LIST]
 [--modified-residue LIST]
 [-l, --ligand-charge MAP_OR_NUMBER]
 [--verbose/--no-verbose]

例¶

# 最小（ID基準の基質）+ 明示的な総リガンド電荷
pdb2reaction extract -i complex.pdb -c '123' -o model.pdb -l -3

# PDBとして提供される基質; 残基名ごとの電荷マッピング
pdb2reaction extract -i complex.pdb -c substrate.pdb -o model.pdb -l 'GPP:-3,SAM:1'

# 名前基準の基質選択（すべてのマッチを含む）
pdb2reaction extract -i complex.pdb -c 'GPP,SAM' -o model.pdb -l 'GPP:-3,SAM:1'

# ヘテロ-ヘテロ近接を有効にした複数構造から単一のマルチMODEL出力
pdb2reaction extract -i complex1.pdb complex2.pdb -c 'GPP,SAM' \
 -o model_multi.pdb --radius-het2het 2.6 -l 'GPP:-3,SAM:1'

# ヘテロ-ヘテロ近接を有効にした複数構造から複数出力
pdb2reaction extract -i complex1.pdb complex2.pdb -c 'GPP,SAM' \
 -o model1.pdb model2.pdb --radius-het2het 2.6 -l 'GPP:-3,SAM:1'

ワークフロー¶

残基包含¶

-c/--center からの基質残基を常に含める
標準カットオフ（--radius、デフォルト2.6 Å）:
--no-exclude-backbone の場合、カットオフ内の任意の原子が残基を対象にする
--exclude-backbone の場合、アミノ酸残基は非主鎖原子（N/H*/CA/HA*/C/O以外）で基質に接触する必要がある
独立したヘテロ-ヘテロカットオフ（--radius-het2het）: 基質ヘテロ原子（非C/H）がタンパク質ヘテロ原子の指定Å以内にある場合に残基を追加
水処理: HOH/WAT/H2O/DOD/TIP/TIP3/SOLはデフォルトで含まれる（--include-h2o）
強制包含: --selected-resn は残基 ID を受け入れます（例: A:123A）。残基 ID 仕様の詳細は CLI 規約の --selected-resn は残基 ID を取る（残基名ではない）を参照。
近傍セーフガード:
--no-exclude-backbone で主鎖原子が基質に接触した場合、ペプチド隣接のN/C側残基（C–N ≤ 1.9 Å）を自動的に含める。末端はN/H*またはC/O/OXTのキャップを保持。
ジスルフィド結合（SG–SG ≤ 2.5 Å）は両方のCysを包含。
非末端PRO残基は常にN側隣接残基を含め、主鎖除去後もCAを保持します。--exclude-backbone の場合は隣接残基のC/O/OXTを残し、ペプチド結合を維持。

切断/キャッピング¶

孤立残基は側鎖原子のみを保持; アミノ酸主鎖原子（N, CA, C, O, OXT + N/CA水素）はPRO/HYP保護を除いて除去
連続ペプチドストレッチは内部主鎖原子を保持; 末端キャップ（N/H*またはC/O/OXT）のみ除去
TERを認識し、チェーン切断を跨ぐキャッピングは行わない
--exclude-backbone の場合、非基質アミノ酸の主鎖原子を除去（PRO/HYP保護とPRO近傍保持は適用）
非アミノ酸残基は主鎖様原子名を持つ原子を失わない

リンク水素（`--add-linkh`）¶

切断された結合ベクトルに沿って1.09 Åで炭素のみのリンク水素を追加（CB–CA、CA–N、CA–C; PRO/HYPはCA–Cのみ）
TER の後に残基 LKH（チェーン L）の連続した HETATM レコードとして HL という名前で挿入されます。シリアル番号は本体ブロックからの連番です
マルチ構造モードでは全モデルで同じ結合にキャップを付け、座標はモデルごとに保持されます

電荷サマリー（`--ligand-charge`）¶

アミノ酸と一般的なイオンは内部辞書から電荷を取得; 水はゼロ
未知残基は --ligand-charge が総電荷または残基名ごとのマッピング（例: GPP:-3,SAM:1）を提供しない限りデフォルトで0。総電荷が与えられた場合は未知基質残基に配分され、未知基質が無い場合は未知残基全体に配分されます。
verboseモードが有効な場合、モデル#1の電荷サマリー（タンパク質/リガンド/イオン/総計）がログに記録されます。

マルチ構造アンサンブル¶

複数の入力 PDB を受け付けます（先頭/末尾で原子順序の一致を検証）。各構造は独立に処理され、選択残基の和集合を全モデルに適用することで出力の一貫性を保ちます。
出力ポリシー:
-o なし & 複数入力 → 構造ごとに model_<original_basename>.pdb。
-o を1つだけ指定 → 単一のマルチMODEL PDB。
入力数と同数の -o を指定 → 入力ごとに個別PDB。
診断ログにモデルごとの全原子数/保持原子数と残基 ID を出力します。

基質指定（`-c/--center`）¶

PDB パス: 座標が先頭入力と完全一致（許容誤差 1e-3 Å）。残基IDは他構造へ伝播。
残基ID: '123,124', 'A:123,B:456', '123A', 'A:123A'（挿入コード対応）。
残基名: カンマ区切り（大文字小文字は無視）。同名残基が複数ある場合はすべて含め、警告を出力。

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。

オプション	説明	デフォルト
`-i, --input PATH...`	1つ以上のタンパク質-リガンドPDB ファイル（同一の原子順序が必要）	必須
`-c, --center SPEC`	基質指定（PDB パス、残基ID、または残基名）	必須
`-o, --output PATH...`	活性部位モデル PDB 出力。1パス ⇒ マルチMODEL、Nパス ⇒ 入力ごと。複数入力で `-o` 1つの場合は単一のマルチMODEL PDB を生成。N個の `-o` が N個の入力と一致する場合は N個の個別 PDB を生成。	自動（`model.pdb` または `model_<input>.pdb`）
`-r, --radius FLOAT`	包含のための原子-原子距離カットオフ（Å）	`2.6`
`--radius-het2het FLOAT`	独立したヘテロ-ヘテロカットオフ（Å、非C/H）	`0.0`（0 の場合は内部で 0.001 Å）
`--include-h2o/--no-include-h2o`	HOH/WAT/H2O/DOD/TIP/TIP3/SOL水を含める	`True`
`--exclude-backbone/--no-exclude-backbone`	非基質アミノ酸の主鎖原子を除去	`False`
`--add-linkh/--no-add-linkh`	切断された結合に1.09 Åで炭素のみのリンク水素を追加	`True`
`--selected-resn TEXT`	残基 ID（オプションのチェーン/挿入コード付き、例: `A:123A`）で強制的に含める残基。残基 ID 仕様の詳細は CLI 規約の --selected-resn は残基 ID を取る（残基名ではない）を参照。	`""`
`--modified-residue TEXT`	修飾アミノ酸残基名をカンマ区切りで指定（任意で各残基に電荷付き）。主鎖切断と電荷計算にアミノ酸として扱う。例: `HD1,HD2,HD3` または `HD1:0,SEP:-2`。残基ごとに `:charge` 接尾辞を省略した場合、その残基の電荷は `0` になります（例: `HD1,HD2:-1` では `HD1` が電荷 0、`HD2` が電荷 −1）。フラグ全体のデフォルトは空文字列（無効）。	`""`
`-l, --ligand-charge TEXT`	総電荷または残基名ごとのマッピング（例: `GPP:-3,SAM:1`）	None
`-v, --verbose/--no-verbose`	INFOレベルログを出力（`True`）または警告のみ（`False`）	`True`
`--out-json/--no-out-json`	抽出された PDB(s) の隣に機械可読な `result.json` を書き出す。スキーマは JSON 出力スキーマを参照。	`False`

出力¶

<output>.pdb # TERレコード後にオプションのリンク水素を含む活性部位モデル PDB
 # 単一入力 → デフォルトでmodel.pdb
 # -oなしの複数入力 → 構造ごとにmodel_<original_basename>.pdb
 # 複数入力で1つの-oパス → 単一のマルチMODEL PDB
 # 出力ディレクトリは自動作成されません。事前に存在を確認してください

verboseモードが有効な場合、モデル#1の電荷サマリー（タンパク質/リガンド/イオン/総計）がログに記録
出力ディレクトリは自動作成されません。必要に応じて事前に作成してください。
API利用（extract_api）では {"outputs": [...], "counts": [...], "charge_summary": {...}} を返します。

注意事項¶

症状起点で切り分ける場合は典型エラー別レシピを先に参照し、詳細はトラブルシューティングを確認してください。
--radius のデフォルトは 2.6 Å。0 を指定すると空選択を避けるため内部で 0.001 Å にクランプされます。--radius-het2het もデフォルトでは無効（0.0）で、0 指定時は同様に 0.001 Å にクランプされます。
抽出された活性部位モデルが小さすぎると、エネルギーや障壁の計算値が不正確になることがあります。そのような場合は、抽出半径を大きくする（例: -r 4.0 以上）ことで、タンパク質環境をより多く含めて精度を改善できます。
--no-include-h2o で水を除外できます。
主鎖トリミングとキャッピングはチェーン切断（TER）や PRO/HYP 保護を尊重します。非アミノ酸残基は主鎖様の原子名を保持します。
リンク水素は炭素切断のみで挿入され、アンサンブルモードでは同一結合パターンを全モデルで再利用します。
INFO ログに残基選択、切断数、電荷内訳の要約が出力されます。

MCPB 等で生成された非標準残基を含む系¶

Amber の MCPB.py（Metal Center Parameter Builder）等で金属配位残基のパラメータを生成した場合、金属配位アミノ酸に非標準の残基名（HD1, HE1, CM1, AP1 等）が割り当てられます。これらは extract の内部辞書 AMINO_ACIDS に含まれないため、主鎖原子の切断・リンク水素の付加が正しく行われません。

このような系では、extract の実行時に以下のような警告が表示されます:

[extract] WARNING: Residue HD1 83 may be an amino acid (has N, CA, C, O)
but is not recognized as a standard residue name.
Backbone truncation was not applied.
Consider preparing the active site model manually.

`--modified-residue` オプション¶

--modified-residue を使用すると、非標準の残基名をアミノ酸として登録でき、主鎖切断と電荷割り当てが自動的に適用されます。修飾アミノ酸残基で非標準の3文字コードを持つもの（リン酸化セリン、メチル化残基、特殊な名前の D-アミノ酸、MCPB でリネームされた金属配位残基など）に有用です。

# HD1, HD2, HD3 をアミノ酸として扱う（電荷はデフォルトで 0）
pdb2reaction extract -i complex.pdb -c 'SUB' -o model.pdb \
  --modified-residue 'HD1,HD2,HD3'

# 各修飾残基に明示的な電荷を指定
pdb2reaction extract -i complex.pdb -c 'SUB' -o model.pdb \
  --modified-residue 'HD1:0,SEP:-2'

Important

--modified-residue で対応できない場合は、活性部位モデルを手動で構築してください。手動構築の手順:

活性部位周辺の残基を選定し、切断箇所を決定する
切断された共有結合の親原子（残る側の原子）に、リンク水素を付加する
リンク水素は残基名 LKH（チェーン L）、原子名 HL で記述する
結合方向に沿って 1.09 Å の位置に配置する

付録: PDB 命名規則と内部参照リスト¶

この付録は、extract が 非標準の残基名/原子名 により残基分類や電荷割り当てを誤る場合の調査用です。入力が標準的な PDB 命名に従っている場合、多くのユーザーは読み飛ばして問題ありません。

Important

extract が正しく動作するためには、入力 PDBの残基名と原子名が標準的なPDB命名規則に準拠している必要があります。このツールはアミノ酸、イオン、水分子、主鎖原子を認識するために内部辞書を使用しています。非標準の命名を使用すると、残基の誤分類や電荷の誤割り当てが発生します。

以下の内部定数が認識される名前を定義しています：

`AMINO_ACIDS`¶

残基名を公称整数電荷にマッピングする辞書です。この辞書に含まれるかどうかで、残基が主鎖処理、切断、電荷計算においてアミノ酸として扱われるかが決まります。

標準20アミノ酸（生理的pHでの電荷）：

中性: ALA, ASN, CYS, GLN, GLY, HIS, ILE, LEU, MET, PHE, PRO, SER, THR, TRP, TYR, VAL
正電荷 (+1): ARG, LYS
負電荷 (−1): ASP, GLU

追加の標準残基：

SEC（セレノシステイン、0）、PYL（ピロリシン、+1）

プロトン化/互変異性体（Amber/CHARMM形式）：

HIP（+1、完全プロトン化His）、HID（0、Nδプロトン化His）、HIE（0、Nεプロトン化His）
ASH（0、中性Asp）、GLH（0、中性Glu）、LYN（0、中性Lys）、ARN（0、中性Arg）
TYM（−1、脱プロトン化Tyrフェノラート）

リン酸化残基：

二価陰イオン（−2）: SEP, TPO, PTR
一価陰イオン（−1）: S1P, T1P, Y1P
リン酸化His（phosaa19SB）: H1D（0）、H2D（−1）、H1E（0）、H2E（−1）

システイン変異体：

CYX（0、ジスルフィド）、CSO（0、スルフェン酸）、CSD（−1、スルフィン酸）、CSX（0、汎用誘導体）
OCS（−1、システイン酸）、CYM（−1、脱プロトン化Cys）

リシン変異体/カルボキシル化：

MLY（+1）、LLP（+1）、KCX（−1、Nz-カルボン酸）

D-アミノ酸（19残基）：

DAL, DAR, DSG, DAS, DCY, DGN, DGL, DHI, DIL, DLE, DLY, MED, DPN, DPR, DSN, DTH, DTR, DTY, DVA

その他の修飾残基：

CGU（−2、γ-カルボキシグルタミン酸）、CGA（−1）、PCA（0、ピログルタミン酸）、MSE（0、セレノメチオニン）、OMT（0、メチオニンスルホン）、HYP（0、ヒドロキシプロリン）
その他: ASA, CIR, FOR, MVA, IIL, AIB, HTN, SAR, NMC, PFF, NFA, ALY, AZF, CNX, CYF

N末端変異体（接頭辞 N）: NALA（+1）、NARG（+2）、NASP（0）、NGLU（0）、NLYS（+2）など、および ACE（0）、NTER（+1、汎用）

C末端変異体（接頭辞 C）: CALA（−1）、CARG（0）、CASP（−2）、CGLU（−2）、CLYS（0）など、および NHE（0）、NME（0）、CTER（−1、汎用）

`BACKBONE_ATOMS`¶

アミノ酸の主鎖原子と見なされる原子名のセットです。--exclude-backbone の場合、非基質残基からどの原子を除去するかを決定するために使用されます：

N, C, O, CA, OXT, H, H1, H2, H3, HN, HA, HA2, HA3

`ION`¶

イオン残基名をその形式電荷にマッピングする辞書です。認識されたイオンは電荷サマリーで自動的に正しい電荷が割り当てられます。

電荷	残基名
+1	`LI`, `NA`, `K`, `RB`, `CS`, `TL`, `AG`, `CU1`, `Ag`, `K+`, `NA+`, `NH4`, `H3O+`
+2	`MG`, `CA`, `SR`, `BA`, `MN`, `FE2`, `CO`, `NI`, `CU`, `ZN`, `CD`, `HG`, `PB`, `BE`, `PD`, `PT`, `SN`, `RA`, `YB2`, `V2+`
+3	`FE`, `AU3`, `AL`, `GA`, `IN`, `CE`, `CR`, `DY`, `EU`, `EU3`, `ER`, `GD3`, `LA`, `LU`, `ND`, `PR`, `SM`, `TB`, `TM`, `Y`, `PU`
+4	`U4+`, `TH`, `HF`, `ZR`
−1	`F`, `CL`, `BR`, `I`, `CL-`, `IOD`

`WATER_RES`¶

水分子として認識される残基名のセットです。水はデフォルトで含まれ（--include-h2o）、電荷はゼロが割り当てられます：

HOH, WAT, H2O, DOD, TIP, TIP3, SOL

リンク水素と凍結原子¶

pdb2reaction が活性部位モデルを抽出する際、切断された結合はリンク水素でキャップされます。デフォルト（--freeze-links）では、リンク水素の親原子が最適化や経路探索中に凍結され、境界での非物理的な再配置を防ぎます。

力: 凍結原子の力はゼロ化されます。
ヘシアン: 凍結自由度は除去（return_partial_hessian: true）またはフル行列でゼロ化されます。
振動解析: 凍結原子がある場合、freq は自動的に部分ヘシアン振動解析（PHVA: Partial Hessian Vibrational Analysis）を行い、活性ブロックのみを対角化します。

凍結原子は geom.freeze_atoms YAML キー（1 始まりインデックス）で手動設定も可能です。CLI で検出されたリンク原子は YAML 指定の原子とマージされます。

extract¶

概要¶

要点¶

使用法¶

例¶

ワークフロー¶

残基包含¶

切断/キャッピング¶

リンク水素（--add-linkh）¶

電荷サマリー（--ligand-charge）¶

マルチ構造アンサンブル¶

基質指定（-c/--center）¶

CLI オプション¶

出力¶

注意事項¶

MCPB 等で生成された非標準残基を含む系¶

--modified-residue オプション¶

付録: PDB 命名規則と内部参照リスト¶

AMINO_ACIDS¶

BACKBONE_ATOMS¶

ION¶

WATER_RES¶

リンク水素と凍結原子¶

関連項目¶

`extract`¶

リンク水素（`--add-linkh`）¶

電荷サマリー（`--ligand-charge`）¶

基質指定（`-c/--center`）¶

`--modified-residue` オプション¶

`AMINO_ACIDS`¶

`BACKBONE_ATOMS`¶

`ION`¶

`WATER_RES`¶