An oxyl/oxo mechanism for oxygen-oxygen coupling in PSII revealed by an x-ray free-electron laser

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作者
Michihiro Suga,Fusamichi Akita,Keitaro Yamashita,Yoshiki Nakajima,Go Ueno,Hongjie Li,Takahiro Yamane,Kunio Hirata,Yasufumi Umena,Shin‐Ichiro Yonekura,Long‐Jiang Yu,Hironori Murakami,Takashi Nomura,Tetsunari Kimura,Minoru Kubo,Seiki Baba,Takashi Kumasaka,Kensuke Tono,Makina Yabashi,Hiroshi Isobe
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:366 (6463): 334-338 被引量:359
标识
DOI:10.1126/science.aax6998
摘要

Photosynthetic water oxidation is catalyzed by the Mn4CaO5 cluster of photosystem II (PSII) with linear progression through five S-state intermediates (S0 to S4). To reveal the mechanism of water oxidation, we analyzed structures of PSII in the S1, S2, and S3 states by x-ray free-electron laser serial crystallography. No insertion of water was found in S2, but flipping of D1 Glu189 upon transition to S3 leads to the opening of a water channel and provides a space for incorporation of an additional oxygen ligand, resulting in an open cubane Mn4CaO6 cluster with an oxyl/oxo bridge. Structural changes of PSII between the different S states reveal cooperative action of substrate water access, proton release, and dioxygen formation in photosynthetic water oxidation.
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