Procesul Haber este o reacție chimică în care gazul diatomic de azot reacționează cu hidrogen gazos pentru a forma amoniac. Ecuația de reacție este: N2 + 3H2 - 2NH3. Deși această reacție pare a fi înșelătoare simplă, procesul Haber generează amoniac numai în condiții de presiune și temperatură ridicată, de ordinul a 200 de atmosfere și 400 de grade Celsius. Oxizii de fier sau osmiul pot acționa ca catalizatori pentru a accelera reacția.
În domeniul microbiologiei, anumite bacterii au dezvoltat capacitatea de a transforma azotul atmosferic în amoniac. Aceste bacterii de fixare a azotului trăiesc atât în sol, cât și în noduli la rădăcinile legumelor și al altor plante. Aceste bacterii au dezvoltat o strategie elaborată care le permite să transforme gazul de azot în amoniac la temperaturi și presiuni mult mai scăzute decât procesul Haber.
Bacteriile care fixează azotul se bazează pe un complex enzimatic numit azotază pentru a împărți împreună legătura triplă cu N2 și pentru a reduce fiecare atom de azot cu hidrogen pentru a forma amoniac. Nitrogenaza conține clusteri de molibden, fier și sulf care coordonează cumva această reacție în mai multe etape.
Deși detaliile sunt înțelese incomplet, două trăsături sunt bine stabilite; în primul rând, azotaza funcționează exclusiv într-un mediu anaerob. O proteină specială de sulf din fier, numită Shethna, scutește oxigenul liber pentru a preveni inactivarea azotazei. În al doilea rând, fiecare mol de N2 convertit în NH3 necesită o intrare de 16 molecule de ATP - o investiție imensă (dar în cele din urmă merită) de energie pentru o bacterie unicelulară.
