Первая стадия — окисление аммиака до нитрит-аниона, которое осуществля-ют нитрозные бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus и Nitrosospira по следующему механизму:
NH3 + O2 + НАДН2 → NH2OH + H2O + НАД+
NH2OH + H2O → HNO2 + 4H+ + 4e−
1/2O2 + 2H+ + 2e− → H2O
На первом этапе субстратом является именно аммиак, а не аммоний, поэтому процесс не идёт в кислой среде.
Ферментом для первой реакции служит аммиакмонооксигеназа, фермент с очень низкой субстратной специфичностью Гидроксиламин ингибирует работу фермента.
Следующую реакцию осуществляет гидроксиламиноксидоредуктаза, расположенная в периплазме.
Окисление нитрит-аниона до нитрат-аниона.
Вторая стадия — окисление аниона азотистой кислоты до аниона азотной, производимое нитратными бактериями (почвенный род Nitrobacter и водные Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina). Процесс протекает в одну реакцию катализируемую нитрат-оксидоредуктазой, локализованной в клеточной мембране.
NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e−