الأحداث المتتابعة والمترابطة لنقل البروتونات والإلكترونات في الانتقال من S2 إلى S3 في أكسدة المياه الضوئية، كما هو موضح بواسطة مطيافية الامتصاص بالأشعة السينية ذات الزمن المنحل

ترتبط رقصة نقل الإلكترون (ET) ونقل البروتون (PT) في دورة الحالة S في مركب المنغنيز-الكالسيوم (Mn4Ca) في نظام الضوء الثاني (PSII) بشكل حيوي بآلية أكسدة المياه الضوئية. تم استخدام مطيافية الامتصاص بالأشعة السينية ذات الزمن المنحل (XAS) في درجة حرارة الغرفة عند حدود Mn K لتحديد تأثير نظائر الحركة الحركية (KIE = τD2O/τH2O) للانتقالات الأربعة S في تحضير جزيئات غشاء PSII في محلول H2O وD2O. وجدنا KIE صغير (1.2-1.4) لأكسدة المنغنيز عن طريق ET من Mn4Ca إلى الشارد التيروسيني (YZ•+) في الانتقالات S0n → S1+ و S1n → S2+ ولتخفيض المنغنيز عن طريق ET من مياه الركيزة إلى أيونات المنغنيز في خطوة S3n → S0n التي تتطور فيها O2، ولكن KIE أكبر (∼1.8) لأكسدة المنغنيز في خطوة S2n → S3+ (السفلية، عدد معادلات الأكسدة المتراكمة؛ العليا، شحنة Mn4Ca). تم تعيين مراحل التأخير الحركي التي تم اكتشافها في الموجات العابرة لـ XAS قبل خطوات ET المعنية إلى خطوات S3+ → S3n (∼150 μس، H2O؛ ∼380 μس، D2O) و S2+ → S2n (∼25 μس، H2O؛ ∼120 μس، D2O) وتم نسبها إلى أحداث PT وفقًا لـ KIE الخاص بها الكبير نسبيًا (∼2.4، ∼4.5). تشير نتائجنا إلى أن حركات البروتونات وإعادة ترتيب الجزيئات داخل الشبكة المرتبطة بالهيدروجين التي تشمل Mn4Ca ومياه الركيزة المرتبطة به ومصفوفة الأحماض الأمينية/المياه المحيطة تؤثر بشكل مختلف على معدلات جميع خطوات ET، ولكنها تؤثر بشكل خاص على الانتقال S2n → S3+، الذي يتم تعيينه كإلكترون معتمد على البروتون. إن ملاحظة مرحلة تأخير في الانتقال الكلاسيكي من S2 إلى S3 تؤكد أن PT المرتبط هو شرط مسبق لـ ET اللاحق، الذي يكمل أكسدة Mn4Ca إلى مستوى Mn(IV) بالكامل.