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The Azotobacter vinelandii molybdenum nitrogenase obtains molybdenum from NifQ, a monomeric iron-sulfur molybdoprotein. This protein requires an existing [Fe-S] cluster to form a [Mo-Fe<sub>3</sub>-S<sub>4</sub>] group, which acts as a specific molybdenum donor during nitrogenase FeMo-co biosynthesis. Here, we show biochemical evidence supporting the role of NifU as the [Fe-S] cluster donor. Protein-protein interaction studies involving apo-NifQ and as-isolated NifU demonstrated their interaction, which was only effective when NifQ lacked its [Fe-S] cluster. Incubation of apo-NifQ with [Fe<sub>4</sub>-S<sub>4</sub>]-loaded NifU increased the iron content of the former, contingent on both proteins being able to interact with one another. As a result of this interaction, a [Fe<sub>4</sub>-S<sub>4</sub>] cluster was transferred from NifU to NifQ. In A. vinelandii, NifQ was preferentially metalated by NifU rather than by the [Fe-S] cluster scaffold protein IscU. These results indicate the necessity of co-expressing NifU and NifQ to efficiently provide molybdenum for FeMo-co biosynthesis when engineering nitrogenase in plants.
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