Nitratreduktion

Nitratreduktion bezeichnet die Biochemie, bei der das Nitrat-Ion NO3− zu niedrigeren Stickstoffformen reduziert wird. Sie umfasst assimilatorische Nitratreduktion, dissimilatorische Nitratreduktion (DNRA) und Denitrifikation. Die Prozesse finden in Mikroorganismen, Pflanzen sowie in Böden, Gewässern und Abwasserbehandlung statt und sind zentrale Bestandteile des Stickstoffkreislaufs.

Bei assimilatorischer Nitratreduktion wandeln Organismen Nitrat in Ammonium (NH4+) um, das in Biomoleküle eingebaut wird. Ziel ist der Stickstoffbedarf des Organismus; Nitrat dient als Stickstoffquelle, nicht als Elektronenakzeptor für Energiegewinnung.

DNRA reduziert Nitrat ebenfalls zu Nitrit und dann zu Ammonium, wobei der Stickstoff im Organismus verbleibt. DNRA tritt häufig unter kohlenstoffreichen Bedingungen auf und konkurriert mit Denitrifikation um das verfügbare Nitrat.

Die Denitrifikation ist eine Form der anaeroben Atmung, bei der Nitrat als terminaler Elektronenacceptor verwendet wird. Nitrat wird schrittweise zu Nitrit, Stickstoffmonoxid, Distickstoffmonoxid und schließlich Distickstoffgas reduziert. Wichtige Enzymsysteme umfassen Nitrate-Reduktasen, Nitritreductasen, NO-Reduktase und NosZ, die N2O zu N2 reduziert. Denitrifikation führt zur Freisetzung von Stickstoff aus Böden und Gewässern, kann aber auch N2O als Zwischenprodukt freisetzen, ein starkes Treibhausgas.

Anwendungen reichen von der natürlichen Regulierung des Stickstoffhaushalts in Ökosystemen bis zur biologischen Abwasserreinigung, wo Denitrifikation Nitrat entfernt. Das Gleichgewicht zwischen assimilatorischer Nitratreduktion, DNRA und Denitrifikation beeinflusst N-Verfügbarkeit, Bodenfruchtbarkeit und Umweltqualität.