El fotosistema II (PSII) es un enorme complejo de membrana-proteína que cataliza la división del agua inducida por la luz, que conduce a la generación de protones y oxígeno molecular. Esta reacción convierte la energía luminosa del sol en energía química necesaria para sustentar casi todas las actividades vivas en la Tierra. La reacción de división del agua es catalizada por un grupo de Mn4CaO5 incrustado dentro de la matriz de proteínas de PSII, y pasa por cinco estados intermedios llamados estados Si. Las estructuras de PSII y el clúster Mn4CaO5 se han resuelto con resolución atómica, sin embargo, Los mecanismos que gobiernan la división del agua no están claros debido a la falta de estructuras intermedias de la enzima.

Ahora, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen en la Universidad de Okayama, y colegas de institutos como la Universidad de Kioto, RIKEN, han aclarado y resuelto la estructura del grupo de Mn4CaO5 en el estado S3, un estado intermedio que existe inmediatamente antes de la formación de oxígeno molecular, generado por dos destellos de iluminación óptica. Emplearon un método de bomba-sonda en el que se utilizaron dos destellos láser para bombear la enzima al estado intermedio. y los datos de difracción de rayos X se recopilaron mediante un método de cristalografía en serie de femtosegundos utilizando láseres de electrones libres de rayos X de femtosegundos (XFEL) en SACLA, Japón.

Los resultados mostraron la inserción de un nuevo átomo de oxígeno (molécula de agua) cerca de un oxo-oxígeno ya existente denominado O5, permitiendo la formación de oxígeno molecular entre O5 y el átomo de oxígeno recién insertado (O6). Esto demostró claramente el mecanismo que gobierna la reacción de separación de agua catalizada por PSII, y proporcionó un plan para el diseño y la síntesis de catalizadores artificiales eficientes que en el futuro podrían utilizarse en la fotosíntesis artificial para producir energía limpia y renovable a partir del sol.