Bacteriën zetten stikstofgas om in ammoniak via een proces dat stikstoffixatie wordt genoemd. Dit proces wordt uitgevoerd door gespecialiseerde bacteriën die bekend staan ​​als diazotrofen. Diazotrofen bevatten een enzym genaamd stikstofase dat de reductie van atmosferisch stikstofgas (N2) in ammoniak (NH3) katalyseert.

Het stikstofase-enzym is een complex eiwit dat uit meerdere subeenheden bestaat. Er is een aanzienlijke hoeveelheid energie nodig om de drievoudige binding tussen de twee stikstofatomen in N2 te verbreken. De energie voor dit proces is afkomstig van adenosinetrifosfaat (ATP), een universele energievaluta in cellen.

De algemene reactie voor stikstoffixatie kan als volgt worden weergegeven:

N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP → 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

Bij deze reactie zijn acht elektronen (8 e-) en acht waterstofionen (8 H+) nodig voor de reductie van één molecuul N2. De ATP-moleculen leveren de energie die nodig is voor deze reactie en worden daarbij omgezet in adenosinedifosfaat (ADP) en anorganisch fosfaat (Pi).

Stikstoffixatie is een essentieel proces voor de circulatie van stikstof in het milieu. Het zet inert atmosferisch stikstofgas om in een vorm die door planten en andere organismen kan worden gebruikt. Planten nemen ammonium- (NH4+) of nitraat- (NO3-)-ionen uit de bodem op, die vervolgens worden gebruikt om eiwitten, nucleïnezuren en andere stikstofhoudende verbindingen te synthetiseren.

Sommige diazotrofen zijn vrijlevende bacteriën, zoals Azotobacter en Clostridium. Ze kunnen stikstof in de bodem binden, waardoor dit beschikbaar komt voor planten. Andere diazotrofen zijn symbiotische bacteriën die in nauwe samenwerking met planten leven, zoals Rhizobium en Bradyrhizobium. Deze bacteriën bevinden zich in knobbeltjes op de wortels van vlinderbloemige planten, zoals sojabonen, erwten en bonen, en voorzien ze van vaste stikstof.

Het stikstoffixatieproces is essentieel voor het in stand houden van de landbouwproductiviteit en het ondersteunen van de plantengroei. Het zorgt ervoor dat planten toegang hebben tot de stikstof die ze nodig hebben om voedsel en andere plantaardige producten te produceren, wat bijdraagt ​​aan de algehele gezondheid en duurzaamheid van ecosystemen.