Photosystem II (PSII) is een enorm membraan-eiwitcomplex dat door licht geïnduceerde watersplitsing katalyseert, wat leidt tot de vorming van protonen en moleculaire zuurstof. Deze reactie zet lichtenergie van de zon om in chemische energie die nodig is om bijna alle levende activiteiten op aarde in stand te houden. De watersplitsingsreactie wordt gekatalyseerd door een Mn4CaO5-cluster ingebed in de eiwitmatrix van PSII, en gaat door vijf tussenliggende toestanden die Si-toestanden worden genoemd. De structuren van PSII en het Mn4CaO5-cluster zijn opgelost met atomaire resolutie, echter, mechanismen die de watersplitsing regelen, zijn onduidelijk vanwege het ontbreken van intermediaire structuren van het enzym.

Nutsvoorzieningen, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen aan de universiteit van Okayama, en collega's van onder meer de Universiteit van Kyoto, RIKEN, hebben de structuur van het Mn4CaO5-cluster in de S3-toestand verduidelijkt en opgelost - een tussentoestand die bestaat onmiddellijk vóór de vorming van moleculaire zuurstof, gegenereerd door twee flitsen van optische verlichting. Ze gebruikten een pomp-sonde-methode waarbij twee laserflitsen werden gebruikt om het enzym naar de tussenliggende toestand te pompen, en de röntgendiffractiegegevens werden verzameld door een seriële femtoseconde kristallografiemethode met behulp van femtoseconde röntgenvrije elektronenlasers (XFEL) bij SACLA, Japan.

De resultaten toonden de invoeging van een nieuw zuurstofatoom (watermolecuul) in de buurt van een reeds bestaande oxo-zuurstof genaamd O5, waardoor de vorming van moleculaire zuurstof tussen O5 en het nieuw ingebrachte zuurstofatoom (O6) mogelijk wordt. Dit toonde duidelijk het mechanisme aan dat de watersplitsingsreactie bestuurt die wordt gekatalyseerd door PSII, en leverde een blauwdruk voor het ontwerp en de synthese van efficiënte kunstmatige katalysatoren die in de toekomst zouden kunnen worden gebruikt in kunstmatige fotosynthese om schone en hernieuwbare energie uit de zon te produceren.