奇怪的Q峰
讀書時,，老師和師兄們總教導我們要把蛋白提純了再去長晶體,。純度越高越好（>95%），這樣晶體才能長得漂亮,。于是各種層析柱子的提純成了日常較多的工作,。而且不光是表觀上SDS-PAGE的純度，我們還要求蛋白盡可能狀態(tài)的均一,。甚至在我們的意識里，蛋白是有生命的,，越早越快地提純出來,，蛋白才是“活"的。于是各種加班加點的穿著棉襖在冷庫里做實驗,，廢寢忘食都不為過,。然而到了工作的時候，接觸到了化學晶體,，卻讓我對結晶對純度的要求一度十分的困惑,，各種純度都有進行長晶體的實驗。對純度的要求好像沒有那么嚴格,，甚至有時候會故意做一些摻雜,，來誘導長晶體?？傊?，眾說紛紜，結晶重新回到了玄學（或者漫不經心）,。
我相信很多同學的晶體總是長不好,，跟純度或多或少是有些關系的。不過,，目前討論的內容是關于奇怪的Q峰,。概念中,，同樣的分子按照周期性的排列，從而長成了晶體,。這是晶體的理論,。然而現(xiàn)實中，少許不同的分子也同樣可以生長在一起（這里不是指共晶）,，形成晶體,。這在無機晶體和礦物晶體中，十分的常見,，同樣的位置有不同元素的原子占據(jù)著,，名為置換無序。這些“無序"通常是天然存在,，或者人為引入的,。然而對于有機分子，也存在同樣的問題,，只是很多時候我們沒有意識到,，所以懵圈在那里了，不知道發(fā)生了什么,。甚至即便得到了十分合理的解釋,，到了很多同學那里也會死不認賬，認定一定是解析錯了… 實際上在很多同學生長的晶體里,，這一點都不是什么罕見的事情,。
舉例說明
我們先看一下常見的例子。這個結構解析的十分順利,，基本上APEX3的AutoStructure就可以自動地把“原定"的結構解析完畢,。然而在苯環(huán)附近，有一個很奇怪的Q峰,，雖然不大,，但是卻不能被忽略。我們不能簡單認為Q峰小于1了就可以忽略不記了（說實在的,，這個“定律"不知從何而來,，或者前提條件在傳播的過程中被無視了…）。仔細看下這個1.02 的Q峰恰好位于 C2原子正對的地方,，距離是可以成鍵的范圍,。可以確定的是,，這里不會是游離的無序水,，也不會是其它可以無序的基團。那會是怎么回事呢,？
▲圖 1 abnormal Q peak
在查看了衍射圖和倒易空間之后,，基本可以排除晶體存在非缺面孿晶或者衍射點的其它問題,，因為衍射點十分的整齊。同時對于三斜的這個晶體,，它也不存在贗缺面孿晶導致的問題,。重復測試多顆晶體，這里都存在相同的問題,。所以大概率下數(shù)據(jù)的|Fo|是沒有問題的,。那么問題就落在了結構模型|Fc|上。仔細研究這個Q峰,，我們會得到兩個信息,，首先它在接近苯環(huán)C2正對的位置上，幾何構象上看起來特別像是苯環(huán)延伸出的原子,。另外它與C2原子的距離在1.7 ?左右,。如果忽略既有給定的結構式和Q峰的大小，這里特別像是一個Cl的取代基,。假定這里是Cl原子,，放開占有率精修，我們會得到該位置Cl的占有率只有4%,。
▲圖2 possible disorder
所以我們的推斷是,，這里實際上是另一種Cl取代基的分子在這里的混合無序。而較有可能的原因是用于結晶的原料不夠純,，可能是反應的中間產物或者是副產物,。雖然比例不高，但已然摻入到了結晶之中,。在結構解析之余，我們還成功地鑒定了一種“雜質",。當然,，我相信大家并不喜歡這種發(fā)現(xiàn)，也許很多人會去做squeeze,，但這里并不是squeeze的應用范圍,。晶體學大多無意去鑒定雜質。不過究竟發(fā)生了什么,，依舊需要實驗人員自己去排查自己的反應和其它測試表征的數(shù)據(jù),，比如通過HPLC和質譜分析中觀察到相應的峰，亦或是核磁中觀察到相應的信號,。簡單的取代基上的差異,，看起來還算是比較清晰。對于一些結構類似的分子混在一起的結晶,，可能會讓結構精修看起來非常的費解,，比如在同樣的位置有兩種基團,。然而在數(shù)據(jù)沒有問題的情況下，電子云總歸會有一個合理的解釋,。這時候一些看起來不起眼的線索,，可能就會是破譯問題的關鍵。尤其是自己做化學合成的線索,。所以每個人其實都應該自己參與到結構解析的過程中,，而不是當甩手掌柜。如同hkl文件一樣,，晶體本身是結果,，過程只有每個人實驗人員自己知道。失去了一些關鍵信息,，結構解析可能會走向歧途,。比如下面這個結構，開始的時候我們會覺得異常的奇怪,。初始的結構和預期結構一致,，但是結構中的某個苯環(huán)的三個原子溫度因子特別的大。其中C3原子的上下各有一個非常大的Q峰,?？雌饋硐袷荂3原子的無序。但是這里如果是苯環(huán),，C3原子無論如何也無法運動到這么兩個位置,。那么這里會是什么？
▲圖 3 abnormal Q peak
那么我們來做些假設,，C3 C4 C5 過大的溫度因子,，實際上并不是無序，而是占有率的問題,。也就是這三個原子在這里只有部分占據(jù),，表示著，在一些晶胞中的分子中,，這三個原子是不存在的,，可能只有50%左右。而Q1和Q2 距離C2的距離大約在1.7?左右,?？雌饋硐袷荂-Cl原子的鍵長。但是Q1和Q2的間距只有2.56A,，看起來特別像是1,，3碳原子之間的間距。所以假設這是另外一種分子，可以有不同的可能性,，比如兩邊都是Cl,，兩邊都是C，或者是一邊是Cl的上下無序,。缺少了合成和其它輔助的信息,，所有的猜測只能基于結構和電子云的邏輯去嘗試。嘗試下來較合理的結果,，是下圖中兩種分子的混合,，而且比例接近50%。所以可想而知原料中摻雜了多少“雜質",，或者說這是混合物已經不能稱之為雜質了,。
▲圖 4 混合的分子結構
我不知道在原料提純后，這樣剛性的分子位置再出現(xiàn)類似的情況下,，還會剩下多大的可能性,。但如果不是有意如此，盡量純的原料應該會幫助我們避免一些無意去做的“新發(fā)現(xiàn)",。而這些看似詭異的Q峰,，已經不是單純的結構解析的問題。
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