Azotobacter vinelandii is a diazotrophic soil-dwelling bacterium distinguished from other diazotrophs by its capability of storing Mo in a special storage protein which ensures Mo-dependent nitrogen fixation even under conditions of extreme Mo scarcity. By an improved purification protocol based on methods from earlier publications, this storage protein was isolated as an [alpha]4[beta]4-octamer with subunit masses of 28.2 and 29.2 kg/mol and a total molecular mass of 230 kg/mol. The genes of the [alpha] and [beta] subunits were identified, their amino acid sequences reveal that the Mo storage protein is not related to any other known molybdoprotein. On the other hand it is likely that a similar hitherto unrecognised storage protein occurs in Rhodopseudomonas palustris. Putative features of the three-dimensional structure were deduced from the amino acid sequence. The protein shape was determined by small-angle X-ray scattering.

Each protein molecule can store at least 90 Mo atoms. Extended X-ray absorption fine structure spectroscopy (EXAFS) identified a heptamolybdate-related molybdenum-oxygen cluster bound to the Mo storage protein. According to its amino acid sequence as well as to the structure of its Mo component the Mo storage protein represents a novel type of molybdoprotein.

The experimental results are put into context by a brief review of the most closely related fields of science, focussed on biological metal storage, characteristics of molybdate(VI)-binding proteins, and the chemistry of molybdate(VI) in aqueous solutions.

Azotobacter vinelandii ist ein den Luftstickstoff bindendes Bodenbakterium, das sich von anderen Stickstofffixierern dadurch unterscheidet, dass es Molybdän in einem speziellen Protein speichert und dadurch seine Fähigkeit zur Mo-abhängigen Stickstoffbindung auch bei extremem Mo-Mangel aufrechterhalten kann. Mit einem auf früher veröffentlichten Methoden beruhenden, verbesserten Anreicherungsverfahren wurde dieses Mo-Speicherprotein isoliert als [alpha]4[beta]4-Oktamer mit Untereinheiten von 28,2 bzw. 29,2 kg/mol und einer Gesamtmolmasse von 230 kg/mol. Die Gene für die Untereinheiten konnten identifiziert werden, die daraus übersetzte Aminosäuresequenz zeigt, dass einerseits das Mo-Speicherprotein mit keinem anderen bekannten Mo-Protein verwandt ist, andererseits jedoch in Rhodopseudomonas palustris vermutlich ebenfalls ein bisher unerkanntes, gleichartiges Mo-Speicherprotein vorliegt. Anhand der Aminosäuresequenz wurden mutmaßliche Merkmale der dreidimensionalen Struktur abgeleitet. Mittels Röntgen-Kleinwinkelstreuung wurde die äußere Form des Proteinmoleküls bestimmt.

Die Speicherkapazität beträgt mindestens 90 Mo-Atome je Proteinmolekül. Röntgenabsorptions-Feinstruktur-Spektroskopie (EXAFS) zeigte, dass im Protein ein mit Heptamolybdat strukturell verwandter Molybdän-Sauerstoff-Cluster vorliegt. Sowohl von seiner Aminosäuresequenz als auch von der Struktur der Mo-Komponente her stellt das Mo-Speicherprotein einen völlig neuen Typ von Molybdoprotein dar.

Die Arbeit wird ergänzt durch einen theoretischen Teil, in dem ein Überblick über die mit dem Thema am engsten verknüpften Wissenschaftsbereiche gegeben wird. Im Vordergrund stehen dabei die biologische Speicherung von Metallen, die Eigenschaften von Molybdat(VI)-bindenden Proteinen, sowie die Chemie von Molybdat(VI) in wässrigen Lösungen.