分子の定義¶
Moleculetype のエントリ¶
組織構造として、通常は分子に対応するものが「[moleculetype]」エントリです。このエントリは主に2つの目的を果たします。1つ目は、通常、実際の分子に対応するトポロジーファイル(ファイル)に構造を与えることです。これにより、トポロジーを読みやすく、記述作業を効率化できます。2つ目は、計算効率の向上です。メモリに保持されるシステム定義は、「moleculetype」定義のサイズに比例します。もし分子が100,000個存在する場合、これは100,000倍のメモリを節約し、システムが通常はキャッシュに収まるようになり、これによりパフォーマンスが大幅に向上します。化学結合に対応する相互作用（排他関係を生成するもの）は、「moleculetype」内の原子間でのみ定義できます。複数の分子が「moleculetype」定義内で共有結合で結合されていない場合でも問題ありません。分子は、周期的な境界を介して互いに接続することで、無限に長くすることができます。このような周期的な分子が存在する場合、:ref:`mdp`ファイル内のオプションを設定して、|Gromacs|が周期的な境界をまたぐ分子を再び全体として扱うことを試みないように指示する必要があります。
分子間相互作用¶
場合によっては、異なる分子内の原子が、通常の非共有相互作用以外にも他の相互作用に関与するようにしたいことがあります。これは、特に結合研究でよく見られます。分子が共有結合で結合している場合（例：リガンドがタンパク質に共有結合で結合している場合）、それらは実質的に1つの分子となり、1つの「[ moleculetype ]」エントリで定義する必要があります。注：pdb2gmx は、2つ以上の分子を1つの「[ moleculetype ]」エントリに配置するオプションを持っています。分子が共有結合で結合していない場合、個別の「moleculetype」定義を使用し、分子間相互作用を「[ intermolecular_interactions]」セクションで指定する方がはるかに便利です。このセクションは、トポロジーの末尾に配置されます（参照：:numref:`Table %s <tab-topfile1>）。ここで、グローバルな原子インデックスを使用して、通常の共有相互作用を指定できます。ただし、除外を生成する相互作用や制約を使用することはできません。
分子内ペア間の相互作用¶
分子定義の「[pairs]」セクションに、分子内の原子対間の追加のレンナー・ジョーンズ相互作用と静電相互作用を追加できます。これらの相互作用のパラメータは、非結合相互作用パラメータとは独立して設定できます。GROMOS力場では、ペアは主に1-4相互作用（3つの結合で隔てられた原子間の相互作用）を修正するために使用されます。これらの力場では、1-4相互作用は非結合相互作用から除外されます（「excl」を参照）。
[ pairtypes ]
; i j func cs6 cs12 ; THESE ARE 1-4 INTERACTIONS
O O 1 0.22617E-02 0.74158E-06
O OM 1 0.22617E-02 0.74158E-06
.....
ffnonbonded.itp ファイル内の原子タイプごとのペア相互作用パラメータは、[ pairtypes ] セクションに記載されています。 GROMOS 力場はこれらのすべての相互作用パラメータを明示的にリストしていますが、OPLSなどのパラメータを均一にスケーリングして1-4相互作用を計算する力場の場合、このセクションが空になる可能性があります。 [ pairtypes ] セクションに記載されていないペアパラメータは、forcefield.itp の [ defaults ] ディレクティブで gen-pairs を yes に設定した場合にのみ生成されます（ファイル形式 を参照）。 gen-pairs を no に設定した場合、grompp は、パラメータが指定されていない各ペアタイプについて警告を表示します。
通常のペア相互作用、1〜4の相互作用を想定し、機能タイプ1を使用します。機能タイプ2と「[ pairs_nb ]」は、自由エネルギーシミュレーションに使用します。自由エネルギーを計算する際には、溶媒から溶質を分離する必要があります。これは、溶質の非結合パラメータ（電荷とLJパラメータなど）をすべて0に設定するB状態のトポロジーを追加することで実現できます（「sec. fecalc」を参照）。ただし、A状態とB状態間の自由エネルギー差は、総的な水和自由エネルギーではありません。真空状態では、溶質内の内部のクーロンおよびLJ相互作用を再導入するための自由エネルギーを別途計算する必要があります。この2番目のステップは、クーロンおよびLJ相互作用が溶質内で変更されない場合に、最初のステップと組み合わせることができます。この目的のために、機能タイプ2を使用できます。これは、機能タイプ1と全く同じですが、B状態のパラメータは常にA状態のパラメータと同じです。「[ pairtypes ]」セクションでパラメータを検索する場合、機能タイプ1と2の区別は行いません。「[ pairs_nb ]」セクションは、非結合相互作用を置き換えるために使用されます。これは、未スケールされた電荷と非結合LJパラメータを使用し、A状態のパラメータのみを使用します。注意：「[ pairs_nb ]」にリストされているすべての原子ペアに対して除外を設定する必要があります。そうしないと、これらのペアも通常の近傍リストに含まれてしまいます。
あるいは、同じ動作は、couple-moltype、couple-lambda0、couple-lambda1、および couple-intramol キーワードを使用することで、トポロジーを変更することなく実現することもできます。詳細については、sec. :ref:`fecalc` および sec. :ref:`dgimplement` のセクションを参照してください。
すべての3種類のペアタイプは、非結合相互作用にReaction-field、PME、Ewald、またはシフトされたクーロン相互作用が選択されている場合でも、常に単純なクーロン相互作用を使用します。タイプ1と2のエネルギーは、エネルギーとログファイルに、「LJ-14」と「Coulomb-14」のエントリごとに、エネルギーグループごとに書き込まれます。「[ pairs_nb ]」のエネルギーは、「LJ-(SR)」と「Coulomb-(SR)」の項に加算されます。
除外¶
非結合相互作用の除外は、grompp によって、定義された数個の結合範囲内の近傍原子に対して生成されます（詳細は、トポロジーファイル内の [ moleculetype ] セクションを参照：ファイル形式）。原子が「化学的な」結合（[ bonds ] タイプ 1～5、7、または 8）または制約（[ constraints ] タイプ 1）によって接続されている場合、それらは結合されたとみなされます。タイプ 5 の [ bonds ] は、相互作用を生成せずに2つの原子間の接続を作成するために使用できます。また、化学的な結合なしで原子を接続するハーモニック相互作用（[ bonds ] タイプ 6）も存在します。さらに、別の制約タイプ（[ constraints ] タイプ 2）があり、距離を固定しますが、原子を化学的な結合で接続しません。これらのすべての相互作用の完全なリストについては、表 10 を参照してください。
分子内に追加の除外は、「[exclusions]」セクションで手動で追加できます。 各行は、1つの原子インデックスで始まり、それに1つ以上の原子インデックスが続きます。 最初の原子と他の原子間のすべての非結合相互作用は除外されます。