Release of the protons from the substrate water molecules is prerequisite for O₂ evolution in photosystem II (PSII). Proton-releasing water molecules with low pK_a values at the catalytic moiety can be the substrate water molecules. In some studies, one of the ligand water molecules, W2, is regarded as OH⁻. However, the PSII crystal structure shows neither proton acceptor nor proton-transfer pathway for W2, which is not consistent with the assumption of W2 = OH⁻. Here we report the pK_a values of the four ligand water molecules, W1 and W2 at Mn4 and W3 and W4 at Ca²⁺, of the Mn₄CaO₅ cluster. pK_a(W1) ≈ pK_a(W2) << pK_a(W3) ≈ pK_a(W4) in the Mn₄CaO₅ cluster in water. However, pK_a(W1) ≈ pK_a(D1-Asp61) << pK_a(W2) in the PSII protein environment. These results suggest that in PSII, deprotonation of W2 is energetically disfavored as far as W1 exists.

从底物水分子中释放质子是光系统 II (PSII) 中O ₂演化的先决条件。在催化部分具有低 p K _a值的质子释放水分子可以是底物水分子。在一些研究中，配体水分子之一 W2 被视为 OH ^-。然而，PSII 晶体结构显示 W2 既没有质子受体也没有质子转移途径，这与 W2 = OH ^-的假设不一致。在这里，我们报告了 Mn ₄ CaO ₅簇的四个配体水分子的 p K _a值，Mn4 处的 W1 和 W2 以及 Ca ^{2+处的 W3 和 W4。}pK __a (W1) ≈ p K _a (W2) << p K _a (W3) ≈ p K _a (W4) 在水中的Mn ₄ CaO ₅团簇中。然而，在 PSII 蛋白环境中，p K _a (W1) ≈ p K _a (D1-Asp61) << p K _{a (W2)。}这些结果表明，在 PSII 中，只要 W1 存在，W2 的去质子化在能量上是不利的。