Nitrogénio é uma parte dos compostos orgânicos vitais em microrganismos, tais como aminoácidos, proteínas e ADN. A forma gasosa do nitrogênio (N2), compõe 78% da troposfera. Pode-se pensar que isto significa que temos sempre muito nitrogénio disponível, mas infelizmente não funciona dessa forma. O nitrogénio na forma gasosa não pode ser absorvido e utilizado como nutriente por plantas e animais; tem primeiro de ser convertido por bactérias nitrificantes, para que possa entrar nas cadeias alimentares como parte do ciclo do nitrogénio.
Durante a conversão das bactérias ciano do nitrogénio, o nitrogénio será primeiro convertido em amónia e amónio, durante o processo de fixação do nitrogénio. As plantas podem usar amônia como fonte de nitrogênio.
A fixação do nitrogênio é realizada de acordo com a seguinte reação:
N2 + 3 H2 -> 2 NH3
Após a fixação do amônio, a amônia e o amônio que se forma serão transferidos ainda mais, durante o processo de nitrificação. As bactérias aeróbias utilizam oxigénio para converter estes compostos. As bactérias nitrosomonas primeiro convertem o gás nitrogénio em nitrito (NO2-) e posteriormente as nitrobactérias convertem o nitrito em nitrato (NO3-), um nutriente vegetal.
A nitrificação é realizada de acordo com as seguintes reacções:
2 NH3 + 3O2 – > 2 NO2 + 2 H+ + 2 H2O
2 NO2- + O2 -> 2 NO3-
As plantas absorvem amónio e nitrato durante o processo de assimilação, após o que são convertidas em moléculas orgânicas contendo azoto, tais como aminoácidos e ADN.
Animais não podem absorver directamente os nitratos. Eles recebem os seus nutrientes consumindo plantas ou animais consumidores de plantas.
Quando os nutrientes nitrogenados têm servido o seu propósito em plantas e animais, bactérias especializadas em decomposição iniciarão um processo chamado amonificação, para convertê-los de volta em amônia e sais de amônia solúveis em água. Após os nutrientes serem convertidos de volta em amônia, as bactérias anaeróbicas os converterão de volta em gás nitrogênio, durante um processo chamado desnitrificação.
Denitrificação é realizada de acordo com a seguinte reação:
NO3- + CH2O + H+ -> ½ N2O + CO2 + 1½ H2O
Finalmente, o nitrogênio é liberado na atmosfera novamente. Todo o processo começa novamente após a liberação.

A representação esquemática do ciclo do nitrogênio é mostrada aqui:

Nitrogénio como factor limitante

Embora os processos de conversão de nitrogénio ocorram frequentemente e grandes quantidades de nutrientes das plantas sejam produzidas, o nitrogénio é frequentemente um factor limitante para o crescimento das plantas. A água que flui através do solo causa este erro. Os nutrientes de nitrogénio são solúveis na água e como resultado são facilmente drenados, de modo que não estão mais disponíveis para as plantas.

A reacção anamox

Em 1999 os investigadores na Gist-Brocades em Delft, Holanda, descobriram uma nova reacção a ser adicionada ao ciclo do nitrogénio; a chamada reacção anamox. Isto é agora descoberto também no Mar Negro. A reacção implica a conversão de nitrito e amónio em gás de nitrogénio puro (N2), que mais do que escapa para a atmosfera. O mecanismo de reacção é desencadeado por uma bactéria recentemente descoberta, chamada Brocadia anammoxidans. Esta parece ser uma bactéria compartimentada; dentro da membrana celular podem ser encontrados dois compartimentos que também estão rodeados por uma membrana, um fenómeno muito raro. Os produtos intermediários da reação incluíam hidroxilamina e compostos tóxicos de hidrazina. Verificou-se que as membranas bacterianas são constituídas por membranas mal permeáveis, que se pensa funcionarem como uma barreira para as hidrazinas produzidas dentro da célula. Esta descoberta tem grandes consequências, pois altera toda a contribuição dos oceanos para o equilíbrio do nitrogénio.