《土壤和环境微生物学》——作用的生化过程

按NicholasNH₄⁺氧化为NO₂^-的过程如下式：

实验证明：一分子NH₄⁺氧化为一分子NO₂^-，正好消耗一分子O₂，用¹⁸O证明，NO₂^-的一个O来源于O₂分子，另一个O来源于H₂O，在这反应中，O₂一方面直接结合于底物，一方面作电子受体。在这反应过程中  从-3价转变成+3价。 Hofman 证明NH₂OH 是一个中间产物，   Nicholas认为NOH很可能是第二个中间产物，但未完全证实。第一步由氧化酶催化，羟胺（一般剧毒）可像NH₄⁺一样容易被氧化。从NH₂OH 氧化为NO₂^-是由羟胺氧化还酶催化的，除羟胺氧化酶还酶易溶外，全部电子传递涉及酶均设想为膜联的。大多数硝化细菌具有精致的膜系统，提供扩大的酶活位点，可能用以补偿底物低能量的不足。

第二个中间产物在低O₂压下，可化学歧化成N₂O；亚硝酸还原酶是一个异化酶，当氧压低时产N₂O，这时NO₂^- 代替O₂成为电子受体。Nicholas 用 ¹⁵N标定和未标定的NH₂OH以及用¹⁵N标定和未标定的NO₂^- 做实验证明NO₂^- 还原通过可形成一些N₂O。在幼龄培养物种产微量N₂O，当细胞趋于老化时，NH₄⁺和NH₂OH   都转化成N₂O ，硝化过程中还放出少量NO。

亚硝酸氧化过程较简单

在这过程中N从+3价变成+5价，每分子N失去两个电子。O2在这里只能作电子受体。用¹⁸O₂实验证明NO₃^-   中不含¹⁸O，这个O来自H₂O。