光系统 II

光系统II （或水 - 质体醌氧化还原酶 ）是氧光合作用的光依赖性反应中的第一个蛋白质复合物。它位于植物、藻类和蓝细菌的类囊体膜中。 在光系统中，酶捕获光的光子以激发电子，然后通过各种辅酶和辅因子转移电子以将质体醌还原为质体醌。 激发的电子氧化水而被取代，形成氢离子和分子氧。 
通过光解水得到的电子来补充丢失的电子，光系统II为所有光合作用提供电子。由水的氧化产生的氢离子（质子）有助于产生质子梯度， ATP合成酶用于产生ATP。转移到质体醌的赋能电子最终用于还原NADP⁺ 为NADPH或用于非循环电子流 。

放氧复合物（OEC）

放氧复合物是水氧化的部位。它是一种金属-氧代簇，包含四个锰离子（氧化态为+2至+4） 和一个二价钙离子。当它氧化水，产生氧气和质子时，它依次将四个电子从水中输送到酪氨酸（D1-Y161）侧链，然后输送到P680本身。放氧复合物的第一个结构模型是用冷冻蛋白质晶体的X射线晶体学研究解决的，2001年的分辨率为3.8埃 。  在接下来的几年中，模型的分辨率逐渐增加到2.9Å 。    虽然获得这些结构本身就是一项伟大的壮举，但他们没有详细展示放氧复合物。 2011年，PSII的OEC被解析至1.9Å，显示出五个氧原子作为连接五个金属原子和四个与Mn₄CaO₅簇结合的水分子的氧桥。在每个光系统II单体中发现了超过1,300个水分子，一些形成了广泛的氢键网络，可以作为质子，水或氧分子的通道。 在这个阶段，有人提出通过X射线晶体学获得的结构是有偏差的，因为有证据表明锰原子被所用的高强度X射线还原，改变了观察到的OEC结构。这激励研究人员将他们的晶体带到不同的X射线设备，称为X射线自由电子激光器 ，如美国的SLAC。 2014年，确认了2011年观察到的结构。  了解光系统II的结构并不足以揭示它是如何工作的。所以现在已经开始解析在机械循环的不同阶段的光系统II的结构的竞赛（讨论如下）。 目前，S1状态和S3状态的结构几乎同时从两个不同的组中公布，显示在Mn1和Mn4之间添加了一个氧分子O6， 表明这可能是放氧复合物上的位置产生氧气。

水裂解

光合水分解（或氧气释放）是地球上最重要的反应之一，因为它是几乎所有大气氧气的来源。 此外，人工光合水分解可有助于有效利用太阳光作为替代能源。 
水氧化的机理尚未完全阐明，但我们知道有关这一过程的许多细节。 水氧化成分子氧需要从两个水分子中提取四个电子和四个质子。Pierre Joliot等人提供了通过放氧复合物（OEC）在一个PSII内循环反应释放氧气的实验证据。 他们已经证明，如果适应黑暗的光合物质（高等植物，藻类和蓝细菌）暴露于一系列单独闪光，用典型周期四阻尼振荡检测氧气释放，在第三次和第七次闪光时具有最大值，在第一次和第五次闪光时有最小值（详情 ）。 基于这个实验，Bessel Kok和同事们引入了一个由所谓的S态引起的五次闪光诱导转变的循环，描述了OEC的四种氧化还原状态：当存储了四种氧化当量时（在S₄状态），OEC返回其基本的S₀状态。在没有光线的情况下，OEC将“放松”到S₁状态; S₁状态通常被描述为“暗稳定”。 S₁状态主要被认为是由具有Mn³ ⁺、Mn³ ⁺ 、Mn ⁴ ⁺ 、Mn ⁴⁺氧化态的锰离子组成。  最后，Jablonsky和Lazar提出了中间S-状态 作为调节机制和S-状态与酪氨酸Z之间的联系。 
2012年，Renger表述了在水分解过程中水分子内部变化为不同S态的典型氧化物的意见。 2017年，Dolai通过S态的结构分析和水分子产生的氧化物，展示了几乎完整的水分解概念。 
Dolai的S状态图（Dolai的机制）： Dolai的图是在光合作用过程中水分裂中不同S态的图像。 这些图表可以表示中间S-状态的估计数字以及典型氧化物（一氧化物（2H2O）、氢氧化物（OH·H₂O）、过氧化物（ H₂O₂ ），超氧化物（ HO₂ ）和氧2（ O₂ ））的产生；这是由于S状态的水分子交换而形成的。氢键的排列是图的主要标准。光子（hv），电子发射（e）和水分子产生氢离子（H +）的影响可以通过图表以更具体的实验检测方式显示。这些图几乎完全分析了光合作用中水分解的途径。