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嫌気呼吸の一形式で，異化的硝酸還元と同意．細菌が一般に酸素のない嫌気条件で硝酸イオン(NO3-)を最終電子受容体とし，電子伝達系を介してNO3-を二電子還元して亜硝酸イオン(NO2-)を生成する反応をいう．この電子伝達によりATPが生成される．硝酸呼吸には固有の電子伝達系と硝酸レダクターゼが関与する．硝酸還元の酸化還元電位は比較的高く，ATP生成効率は比較的高い．硝酸還元により生産される一酸化窒素(NO)は有害物質であるが，低酸素誘導型(hypoxia-induced (class1))ヘモグロビンが誘導されることで分解され植物体内に蓄積しない．Class1ヘモグロビンは，NOをNO3-に戻す際のNOオキシゲナーゼとして働く．硝酸呼吸による解毒とエネルギー状態を維持するのに，1モルのNO3-のリサイクルに2.5モルのNADHを酸化する．そのため，アルコール発酵と乳酸発酵の割合が減り，エタノールと乳酸の生産が減少する．硝酸呼吸能をもつ細菌は多く存在し，動物の口腔や腸内，海洋，湖沼など至るところに生息し，自然界の窒素循環に大きな役割を果たしている．無酸素状態の深海にも硝酸呼吸細菌が生息する．
