Изучение взаимосвязи между структурой белковых макромолекул и выполняемой ими специализированной функции представляет общебиологический интерес и имеет фундаментальное значение. С биофизической и биохимической точек зрения частным случаем такого рода исследований является изучение биолюминесценции, а именно, исследование механизма превращения энергии химических связей субстрата в свет видимого диапазона, катализируемого специфическими ферментами - люциферазами, и выяснение функциональной роли белка в этом процессе. Для этих целей весьма удобным объектом является Са²⁺-активируемый фотопротеин обелин из морских светящихся гидроидов Obelia longissima. Обелин в отсутствие ионов кальция представляет собой стабильный фермент-субстратный комплекс, состоящий из апобелка, субстрата (целентеразин) и кислорода. Молекула апообелина представлена одной полипептидной цепью, состоящей из 195 аминокислотных остатков. Анализ аминокислотной последовательности на молекуле апообелина позволил обнаружить гидрофобный участок - место предполагаемого связывания субстрата и три EF-сайта для связывания ионов Ca²⁺, гомологичные EF-сайтам других кальцийсвязывающих белков. По аналогии с фотопротеином акворином предполагается, что в обелине целентеразин и кислород связываются с молекулой апообелка, образуя гидропероксидную связь. Координация ионов кальция в EF-центрах обелина приводит к конформационным изменениям белковой молекулы, происходит разрыв гидропероксидной связи, и запускается биолюминесцентная реакция по диокситановому механизму. В результате этой внутримолекулярной реакции происходит окисление субстрата, образуется молекула CO₂, и генерируется квант света (l_max = 469 нм). Следует отметить, однако, что предложенный механизм биолюминесцентной реакции Ca²⁺-активируемых фотопротеинов и обелина, в частности, до сих пор остается во многом неясным и требует дальнейшего изучения. Необходима идентификация аминокислотных остатков и участков белковой молекулы, влияющих на формирование активного фотопротеинового комплекса из целентеразина, кислорода и апобелка. Селективной химической модификацией было показано, что из имеющихся в обелине пяти аминокислотных остатков цистеина и пяти остатков гистидина только один цистеиновый и только один гистидиновый остатки играют существенную роль и участвуют в координации субстрата на молекуле апобелка. Необходимо выявление среди аминокислотных остатков, формирующих Са²⁺-связывающие сайты обелина и участвующих в координации иона кальция, тех, которые определяют чувствительность фотопротеина к ионам кальция, кинетику люминесцентной реакции, селективность к различным катионам. В частности, методами нуклеотид-направленного мутагенеза были произведены аминокислотные замены в 6, 10 и 11-й позиции каждого из Са²⁺-связывающих сайтов обелина и исследовано влияние таких замен на чувствительность по отношению к кальцию и биолюминесцентные характеристики фотопротеина. Важная информация о функциональной значимости каждого из EF-сайтов обелина может быть получена с помощью "укороченных" мутантных вариантов апообелина или контролируемым протеолизом апобелка.