Nitraatreductie

Nitraatreductie is een proces uit de stikstofcyclus waarbij nitraat (NO3-) wordt gereduceerd tot nitriet (NO2-) en verder tot andere stikstofverbindingen. In biologische systemen gaat dit vaak gepaard met de omzetting van stikstof uit oxidatievormen terug naar reductie- of biologische bruikbare vormen, afhankelijk van de aanwezige zuurstof en redoxcondities.

Er zijn twee hoofdtypen nitraatreductie. Dissimilatoire nitraatreductie (alsofmetabolisch proces) zet NO3- om in NO2- en uiteindelijk in stikstofgas (N2) of stikstofoxide (N2O) onder anaerobe omstandigheden, wat resulteert in verlies van stikstof uit het systeem. Deze route wordt denitrificatie genoemd en vindt plaats in bodem, sedimenten en afvalwaterzuivering. Een alternatief is dissimilatoire nitraatreductie naar ammonium (DNRA), waarbij NO3- via NO2- wordt gereduceerd tot NH4+, waardoor stikstof meer bio-bruikbaar blijft en in het ecosysteem behouden blijft.

Belangrijke enzymen en organismen. Het eerste stappenpunt wordt meestal gekenmerkt door een nitraatreductase, zoals Nar (membraangebonden) of Nap (periplasmisch), die NO3- naar NO2- omzet. Nitriet kan vervolgens worden gereduceerd door nitrietreduktasen NirK of NirS. Bij denitrificatie kunnen nitric oxide-reductasecomplexen (Nor) en nitrous oxide-reductase (NosZ) NO en N2O reduceren tot N2. Veel bacteriën en archaea zijn betrokken, bijvoorbeeld Pseudomonas, Paracoccus en Shewanella-soorten.

Toepassingen en milieu-invloed. Nitraatreductie is centraal in water- en afvalwaterbehandeling om stikstof uit het systeem te verwijderen of te behouden, afhankelijk van de gewenste uitkomst. Denitrificatie kan N2O, een potent greenhouse gas, produceren, terwijl DNRA stikstof in NH4+ vasthoudt. Het onderzoek naar nitraatreductie omvat vraagstukken over routekeuze, enzymwerking en isotopische onderbouwing in milieus zoals bodem, waterkolommen en sediments.