Denitrifikation, dissimilatorische Nitratreduktion, eine Form der anaeroben Nitratatmung (anaerobe Atmung)urbei der Nitrat zu gasförmigen Stickstoffverbindungen reduziert wird, hauptsächlich zu N₂ ( vgl. Abb. ). Der freigesetzte Stickstoff entweicht dabei gasförmig in die Atmosphäre. Die D. führt zu Stickstoffverlusten von Böden und ist damit zumindest für die Land- und Forstwirtschaft ein schädlicher Prozess. Als Nebenprodukt der D. entsteht Distickstoffoxid (N₂O), das zum Treibhauseffekt beiträgt. Für die Abwasserreinigung ist die D. dagegen hilfreich, da sie zur Stickstoffelimination aus Abwässern genutzt werden kann.

An der D. können sehr verschiedene Bakteriengattungen beteiligt sein, die meist zu den Proteobacteria gehören (denitrifizierende Bakterien). Es sind fakultativ anaerobe Bakterien, deren Nitratreduktase-System durch die Anwesenheit von Nitrat induziert wird. In Anwesenheit von Sauerstoff erfolgt die aerobe Atmung.

Im ersten Schritt der D. wird Nitrat durch die Nitratreduktase zu Nitrit reduziert. Im zweiten Schritt wird Nitrit durch die Nitritreduktase zu Stickstoffmonooxid reduziert ( vgl. Abb. ). Bei einigen Bakterien, z.B. Escherichia coli, verläuft die D. nur bis zum Nitrit. Bei Paracoccus denitrificans und Pseudomonas stutzeri sind verschiedene Enzyme an der D. beteiligt, u.a. die Nitritreduktase, die Nitratreduktase, die Nitritoxidase sowie die NO-Reduktase und die N₂O-Reduktase.

Denitrifikation: Abbau von Glucose bei der Denitrifikation, z.B. durch Pseudomonas denitrificans

Denitrifikation: Elektronentransport bei der Denitrifikation: Im Verlauf der Denitrifikation werden Glucose und andere organische Substrate i.d.R. vollständig bis zum CO₂ oxidiert und die Elektronen (bzw. Wasserstoff) über die Komponenten einer Atmungskette auf Nitrat und die reduzierten Zwischenprodukte auf Nitrit, Stickstoffoxid und Distickstoffoxid als Endakzeptoren (anstelle von O₂) übertragen