微生物可以将氮化合物转化为具有活性且有毒的一氧化氮，或转化为惰性且无害的氮气。氮的微生物转化通常被描述为一个由六个有序进行的不同过程组成的循环，同化、氨化、硝化、反硝化、厌氧氨氧化和固氮。这种氮循环的观点意味着氮气首先被固定到氨上，然后被同化为有机氮（即生物质）。有机氮的降解，氨化，释放出一分子氨，随后通过硝化作用氧化成硝酸盐(NH₄⁺→NO₂⁻→NO₃⁻)，并最终通过反硝化作用转化回氮气(NO₃⁻→NO₂⁻→NO→N₂O→N₂)或厌氧氨氧化(NO₂⁻+NH₄⁺→N₂)。

氮对于生物体的重要性不言而喻，而近年来人们对于全球气候变化的关注和研究中，由于人口的过快增长和化肥使用量的急剧增加，发现人类已经推动氮循环超越了可持续性，例如由于污水的过量排放导致水体中亚硝酸盐超标，NO₃⁻污染是导致沿海地区死亡区增加的原因，N₂O被认为是21世纪及以后需要缓解的关键温室气体，这些使得对于氮循环的控制越来越成为一项棘手的工作。因此，科学和社会有责任关注氮循环，并从最终控制氮循环的微生物中获取线索。

以下酶进行氮转化：同化硝酸还原酶(NAS)；膜结合(NAR)和周质(NAP、napA)异化硝酸还原酶；亚硝酸盐氧化还原酶(NXR)；一氧化氮氧化酶(NOD)；含血红素(Cd₁-NIR)和含铜(Cu-NIR)亚硝酸还原酶；细胞色素C依赖性(cNOR)、对苯二酚依赖性(qNOR)和含铜对苯二酚依赖性一氧化氮还原酶(Cu_ANOR)；NADH依赖性细胞色素P450一氧化氮还原酶(P₄₅₀NOR)；黄酮二铁一氧化氮还原酶(NORvw)；杂合簇蛋白(HCP)；羟胺氧化还原酶(HAO)；羟胺氧化酶(HOX)；一氧化二氮还原酶(NOS)；一氧化氮歧化酶(NO-D)；同化亚硝酸还原酶(cNIR)；异化周质细胞色素C亚硝酸还原酶(ccNIR)；ε-羟胺氧化还原酶(εHAO)；八血红素亚硝酸还原酶(ONR)；八碳连四硫酸盐还原酶(OTR)；钼铁(MoFe)，铁铁(FeFe，anfHGDK)和钒铁(VFe，vnfHGDK)固氮酶；肼脱氢酶(HDH)；肼合酶(HZS)；氨单加氧酶(AMO)；颗粒甲烷单加氧酶(pMMO)；氰酶(CYN、cynS)和脲酶(URE)。

参考文献

[1] Kuypers, M. M. M., Marchant, H. K., & Kartal, B. (2018). The microbial nitrogen-cycling network. Nature Reviews Microbiology, 16(5), 263–276. 

[2] Soler-Jofra, A., Pérez, J., & van Loosdrecht, M. C. M. (2021). Hydroxylamine and the nitrogen cycle: a review. Water Research, 190, 116723. 

[3] Stein, L. Y., & Klotz, M. G. (2016). The nitrogen cycle. Current Biology, 26(2).