了解生物水氧化对于实现人工光合作用和提供廉价和有效的氢生产至关重要。然而，揭开这样一个复杂系统的神秘面纱，导致了两个相互竞争的氧化态方案，伴随着争议和辩论，这是正确的。现在， 德国马克斯普朗克化学能转换研究所的Dimitrios Pantazis和他的同事们 认为他们已证明一种方案比另一种更有效。
人工光合作用依赖于产生有效且稳定的水氧化光催化剂，优选由富含土壤的材料制成的光催化剂。生物催化循环是复杂的，特别是那些具有多于一种金属离子的循环。自然界的生物光合作用催化剂的一部分是四个锰离子的锰簇，它参与氧气发展的光系统II，一个五个Si状态的催化循环（称为 Kok循环，其中i = 0-4）。关于循环期间锰离子的氧化态的特性，出现了争议，其中高价方案（例如，S2状态为III，IV，IV，IV）和低价方案（其中，例如，S2州是III，III，III，IV）争夺至高无上的地位。
这是一场非常需要赢得的战争，因为只有通过了解催化循环每一步的电子和几何结构，研究人员才能获得设计高效合成系统所需的重要信息。
Pantazis的研究通过结合实验和先进的量子化学技术，对过去的文献进行了详细的分析，包括该主题的突破 。我们意识到，解决这种混乱的最佳方法不是关注单一方面，而是收集所有单个催化状态的所有可用观察结果，并使用高水平量子化学方法。因此，计算机成为一个“聚会场所”，所有观察都可以平等对待并采用共同的方法，无论它们是如何获得的，或者最初是如何解释的。
Pantazis承认潜在的争议，但感觉这项工作为锰离子的结构和氧化态以及它们如何随着催化循环向水氧化的最后步骤的进展而变化提供了“明确的答案”。
结果表明，由于采用单一基序和质子化模式从S0（III，III，III，IV）平稳地进展到S3（IV，整个S状态循环，因此只能在高价方案中进行调整。 IV，IV，IV），满足所有实验约束并再现所有可观测量。然而，对于低价方案，研究人员发现不可能为所有S状态构建一致的循环。
西班牙赫罗纳大学生物化学和生物医学领域的计算化学家Marcel Swart支持该研究的主要发现，并指出之前缺乏对氧化状态的详细了解。他说，“理论和实验的结合以及系统的探索使这成为一个完整而令人信服的故事，用于在催化循环中分配高价氧化态。”
辩论尚未结束但是，虽然Pantazis的团队认为他们的研究是确凿的，但并不能解决所有人的问题。 澳大利亚国立大学的计算量子化学家Rob Stranger是低价计划的强力支持者，虽然他对马克斯普朗克的团队非常重视，但他认为即使在这项研究发表之后，“低价模型绝不是死的。
他解释说，“总的来说，其他实验数据，主要是光谱学，在高价和低价范式中可以解释得更少。通过对结构，光谱和计算数据的分析，本研究为高价模型提供了理由，但与最近的X射线晶体结构缺乏一致性，并且无法合理化基质水交换动力学，确保了实例低价模型仍然是一个可行的选择。
斯沃特尽管得到了他的支持，但也觉得还有很多工作要做。“还有待探索的是什么，”他说是酶如何在S4阶段产生分子氧分子并返回到状态S0。
该团队希望他们的研究能够提供基础，回答诸如基于结构的解释，通过各种方法收集的当前和未来数据，如X射线或EPR光谱，突变研究，晶体学和动力学。Pantazis说，他们的模型“严重限制了最后关键步骤的机制可能性，即O-O键的形成”。
