Nitrifikation und Denitrifikation
Als Nitrifikation bezeichnet man die biologische Umwandlung von Ammonium- und Nitritoxidation zu Nitrat.
Ammonium-Ionen werden im natürlichen Stoffkreislauf durch Nitrosomabakterien in Nitrit-Ionen umgewandelt. Die Oxidation von Nitrit-Ionen zu Nitrat-Ionen erfolgt durch Nitrobacter. Auf diese Weise wird der Boden mit Nitrat angereichert und dieses steht den Pflanzen als Mineralsalzion für den Stoffwechsel zur Verfügung. Die beiden Bakteriengruppen nutzen diese Vorgänge für die Energiegewinnung. Enzyme einer verkürzten Atmungskette stellen aus dem Energiegewinn ATP her.
Auch die Denitrifikation dient einigen anaeroben Bakterien zur Energiegewinnung (Nitratatmung), indem sie Nitrat-Ionen zu Stickstoff umwandeln. Indem sie Nitrat in Luftstickstoff umwandeln, schließen sie den Stickstoffkreislauf in der Natur.
Man unterscheidet drei Formen von Nitrifikationen:
- die aerobe (autotrophe) Nitrifikation durch nitrifizierende Bakterien unter Energiegewinn,
- die anaerobe (autotrophe) Nitrifikation durch nitrifizierende Bakterien unter Energiegewinn und
- die heterotrophe Nitrifikation. Hierbei handelt es sich um die Oxidation von reduzierten Stickstoffverbindungen zu Nitrit bzw. Nitrat durch heterotrophe Mikroorganismen (einige Bakterien und Pilze); dabei wird keine Energie gewonnen. Vermutlich ist diese Nitrifikation eine Nebenreaktion im Stoffwechsel. Die Umsatzrate ist viel geringer als die der autotrophen Nitrifikation.
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Stickstoffkreislauf der Natur
Nitrifikation
Obwohl Pflanzen auch Ammonium-Ionen 
aufnehmen, wird der größte Teil dieser Ionen von Bakterien unter Anwesenheit von Sauerstoff über Nitrit-Ionen 
in Nitrat-Ionen 
umgewandelt. Diesen Prozess bezeichnet man als Nitrifikation.
Bei der autotroph aeroben Nitrifikation laufen folgende Stoffwechselschritte ab.
Zunächst werden Ammonium-Ionen durch Bakterien der Gattung Nitrosomas zu Nitrit-Ionen oxidiert:
Dieser Prozess erfolgt stufenweise in einer verkürzten Atmungskette der Bakterienmembran unter Energiegewinn. Die Bakterien enthalten als Elektronentransportkette die gleichen Enzyme wie Zellen, aber nicht alle Enzymkomplexe.
Andere Bakterien, die Nitrobacter, oxidieren Nitrit zu Nitrat:
Auch dieser Prozess findet schrittweise unter Ausnutzung des Elektronentransports mit Energiegewinn an einer verkürzten Atmungskette statt. Die so entstandenen Nitrat-Ionen stehen der Pflanze als Nährstoff zur Verfügung und kann so in organische Stoffe umgewandelt werden, welche dann wiederum den tierischen Organismen zur Verfügung stehen.
Die Nitrifikation spielt vor allem bei der Reinigung verschmutzter Gewässer eine bedeutende Rolle. Dort werden in aufwendigen Verfahren nitrifizierende Bakterien zugesetzt, um den Prozess zu optimieren. Auch Aquariumbesitzer wenden diese Methode zum Reinigen des Wassers an.
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Schritte der Nitrifikation
Denitrifikation
Für die Denitrifikation ist eine Gruppe von anaeroben Bakterien verantwortlich, z. B. Agrobacterium tumefaciens, Flavobacterium u. a. Diese Bakterien, denen Sauerstoff zum Wachstum fehlt, gewinnen ihre Energie (ATP) durch den Abbau von Nitrat (Nitratatmung) zu Stickstoff.
Bei der Denitrifikation werden die Elektronen aus der Glucose oder anderen organischen Verbindungen über die Elektronentransportkette nicht auf den Sauerstoff übertragen sondern auf Nitrat oder Nitrit. Über Stickstoffmonoxid und Distickstoffmonoxid wird Stickstoff gebildet.
Die Denitrifikation ist also eine Form der Atmung, die den Bakterien zur Energiegewinnung dient.
Im Stickstoffkreislauf der Natur sorgen sie dafür, dass durch Zersetzung organischen Materials wieder elementarer Stickstoff aus Nitrat entsteht, der in die Luft übergeht.
