生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮氣還原成氨的過程。生物固氮是固氮微生物特有的一種生理功能，這種功能是在固氮酶的催化作用下進行的。固氮酶是一種能夠將分子氮還原成氨的酶。固氮酶是由兩種蛋白質組成的：一種含有鐵，叫做鐵蛋白，另一種含有鐵和鉬，叫做鉬鐵蛋白。只有鐵蛋白和鉬鐵蛋白同時存在，固氮酶才具有固氮的作用。生物固氮過程可以用下面的反應式概括表示。
N2 + 6H+ + nMg-ATP +6e-（酶）→2NH3+nMg-ADP+nPi
分析上面的反應式可以看出，分子氮的還原過程是在固氮酶的催化作用下進行的。有三點需要說明：第一，ATP一定要與鎂（Mg）結合，形成Mg-ATP複合物後才能起作用第二，固氮酶具有底物多樣性的特點，除了能夠催化N2還原成NH3以外，還能催化乙炔還原成乙烯（固氮酶催化乙炔還原成乙烯的化學反應，常被科學家用來測定固氮酶的活性）等第三，生物固氮過程中實際上還需要黃素氧還蛋白或鐵氧還蛋白參與，這兩種物質作爲電子載體能夠起到傳遞電子的作用。
固氮便是將N固定下也就是將遊離態的氮轉化爲化合態的氮的反應，所以可以說是氧化還原反應例如生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮氣還原成氨的過程。
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