Nitrat (NO3-) reduseres først i cytoplasma i plantene til nitritt (NO2-) katalysert av nitrat reduktase, et enzymkompleks som inneholder FAD, molybden og cytokrom b, og i planter NADH som elektronkilde, (NADPH i sopp og bakterier).
Nitrat aktiverer genet for nitrat reduktase (enzyminduksjon). Nitritt omdannes i kloroplaster eller plastider i røttene til ammonium katalysert av enzymet nitritt reduktase. Elektronkilden i denne reaksjonen i planter er redusert ferredoksin (NADPH i sopp og bakterier).
Assimilatorisk nitratreduksjon
Assimilatorisk nitratreduksjon skjer ved at nitrat reduktase katalyserer omdanningen og reduksjonen av nitrat (NO3-) til nitritt (NO2-) med elektroner (e-) og protoner (H+) fra reduksjonskraften nikotinamid dinukleotid (fosfat) i redusert form (NADPH):
NO3- + NAD(P)H + 2e- + 2H+ → NO2- + NADP+ + H2O
Deretter blir nitritt redusert til ammonium (NH4+) katalysert av enzymet nitritt reduktase , hos planter med elektroner fra redusert ferredoksin i en ammonium-ferredoksin oksidoreduktase
NO2- + 6ferredoksinredusert + 6e- + 8H+ → NH4+ + 6ferredoksinoksidert + 2H2O
Assimilatorisk ritritt reduktase deltar i nitratassimilasjon og inneholder jern, sirohem og jern-svovel. Nitritt reduktase finnes som flere isoenzymer.
Bakterier anvender andre reduserte forbindelser enn ferredoksin i nitritt reduktase.
Dissimilatorisk (respiratorisk) nitratreduksjon
Ved dissimilatorisk nitratreduksjon blir nitrat brukt av anaerobe bakterier som bruker nitrat som elektronakseptor i cellerespirasjon i stedet for oksygen.
Nitrifikasjon
Nitrifikasjon er en aerob omdanning av ammonium i jord til nitrat, oksidering av ammonium til nitrat. Det er to grupper nitrifiserende bakterier. Først deltar ammoniumoksiderende bakterier i slektene Nitrosomonas, Nitrospira og Nitrosococcus som oksiderer ammonium til nitritt. I neste trinn deltar nitrittoksiderende bakterier i slekten Nitrobacter som oksiderer nitritt til nitrat, nitritt oksidoreduktase.
Nitritt reduktase kan også lage nitrogenmonoksid hos planter og hos pattedyr ved hypoksis.
Dissimilatorisk denitrifikasjon
I denitrifikasjon deltar nitritt reduktase (NIR) i en reduksjon av nitritt (NO2-) til nitrogenmonoksid (NO) og er et mellomprodukt hos de fleste denitrifiserende bakterier.
NO blir videre redusert til lystgass (N2O) katalysert av NO reduktase.
Det er to hovedgrupper dissimilatoriske nitritt reduktaser som bruker enten cytokrom-hem (cd1-NIR), som er vanligst eller kobber (Cu-NIR) som kofaktor. Cytokrom cd1-NIR har både et kovalent bundet c-type cytokrom og et d1-type hem som ikke er kovalent bundet og er lokalisert til forskjellige domener. Cytokrom c nitritt reduktaser ( Cd1NIR) kan bruke mange forskjellige substrater. Det kan også omdanne hydroksylamin (H2NOH) til ammoniakk (NH3), eller det det kan bruke lystgass som substrat (N2O) eller NO og virke som en NO reduktase. Cytokrom c nitritt reduktase kan også anvende sulfitt som substrat og lager en lenke mellom nitrogensyklus og svovelsyklus.