光合作用是地球上最重要的有机合成反应。光合作用吸收能量的速率非常大，大概是1015瓦，这几乎是人类所用能量总功率的6倍。有了光合作用，地球上的生物才得以进化，人类文明才得以延续。因为光合作用如此重要，光合作用机制已经成为许多实验和理论工作的焦点。研究光合作用，对于基础理论和新技术的发展都有着重要的意义。　　 在发现紫色嗜酸光合细菌Acidiphilium rubrum之前，人们一直以为光合生物中只有含镁的叶绿素和细菌叶绿素。这种细菌中只有少量的镁细菌叶绿素a(Mg-BCh1 a)，它用一种像细菌叶绿素a的色素来作为主要色素，但这种叶绿素的中心金属是锌原子。我们称这种含有锌的色素为锌细菌叶绿素(Zn-BCh1 a)。自从发现这种特殊的叶绿素后，人们对其进行了大量的实验和理论研究。虽然锌的原子质量比镁的大两倍多，但Zn2+和Mg2+离子半径分别为0.88A和0.86A，两者非常相似。因此Mg-BCh1 a和Zn-BCh1 a有着非常相似的但又细微差别的分子性质。　　 本文采用密度泛函理论方法。首先，分析了不同氨基酸残基对Mg-BCh1 a和Zn-BCh1a吸收光谱和氧化还原势等性质的影响。然后，研究了锌叶绿素在不同溶剂分子中配位情况。最后，从氧化还原势的变化上解释了叶绿素在金属原子选择方面的特殊性。　　 通过研究我们得出，当谷氨酸与细菌叶绿素配位时，细菌叶绿素会是一个很好的电子给体。Mg-BCh1 a和Zn-BCh1 a的吸收光谱非常相似，这也是锌叶绿素可以作为光合色素的重要原因。锌叶绿素在溶剂中只存在四配位和五配位的情况。当叶绿素中的镁被替换成锌以外的金属原子时，氧化还原势变化很大。所以，在自然界中不存在除含镁和锌等其它金属原子的叶绿素。