O fotossistema II (PSII) é um enorme complexo de membrana-proteína que catalisa a separação da água induzida pela luz, levando à geração de prótons e oxigênio molecular. Essa reação converte a energia luminosa do sol em energia química necessária para sustentar quase todas as atividades vivas na Terra. A reação de divisão em água é catalisada por um agrupamento Mn4CaO5 incorporado na matriz de proteína de PSII, e prossegue através de cinco estados intermediários chamados estados Si. As estruturas de PSII e do cluster Mn4CaO5 foram resolvidas com resolução atômica, Contudo, os mecanismos que regem a divisão da água não são claros devido à falta de estruturas intermediárias da enzima.

Agora, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen na Universidade de Okayama, e colegas de institutos, incluindo a Universidade de Kyoto, RIKEN, esclareceram e resolveram a estrutura do cluster Mn4CaO5 no estado S3 - um estado intermediário que existe imediatamente antes da formação de oxigênio molecular, gerado por dois flashes de iluminação óptica. Eles empregaram um método de bomba-sonda, onde dois flashes de laser foram usados ​​para bombear a enzima para o estado intermediário, e os dados de difração de raios-X foram coletados por um método de cristalografia de femtossegundo em série usando lasers de elétrons livres de raios-X de femtosegundo (XFEL) no SACLA, Japão.

Os resultados mostraram a inserção de um novo átomo de oxigênio (molécula de água) próximo a um oxo-oxigênio já existente denominado O5, permitindo a formação de oxigênio molecular entre O5 e o átomo de oxigênio recém-inserido (O6). Isso demonstrou claramente o mecanismo que governa a reação de divisão da água catalisada por PSII, e forneceu um plano para o projeto e síntese de catalisadores artificiais eficientes que no futuro poderiam ser utilizados na fotossíntese artificial para produzir energia limpa e renovável a partir do sol.