Корневые клубеньки встречаются на корнях растений (преимущественно у семейства бобовых), которые ассоциированы с симбиотическими азотфиксирующими бактериями.
В условиях недостатка азота, растения образуют симбиотическую связь со специфичным для них штаммом клубеньковых бактерий. Такой симбиоз возникал в ходе эволюции независимо несколько раз как внутри семейства бобовых, так и среди других видов, относящихся к кладе розиды[1]. Наиболее изучены клубеньки бобовых, к которым в частности относятся такие важные сельскохозяйственные культуры как фасоль и горох.
В клубеньках бобовых, свободный атмосферный азот восстанавливается до аммиака. Который затем ассимилируется, входя в состав органических соединений. При этом образуются аминокислоты (мономеры белков), нуклеотиды (мономеры ДНК и РНК, а также важнейшая молекула обогащённая энергией — АТФ), витамины, флавоны, и фитогормоны.
Способность к симбиотической азотофиксации атмосферного азота делает представителей семейства бобовых идеальной для возделывания сельскохозяйственной культурой, ввиду снижения потребности в азотных удобрения. Более того, высокое содержание доступных для растения форм азота (нитрат NO3− и аммоний NH4+) в почве блокирует развитие клубеньков, поскольку формирование симбиоза для растения становится нецелесообразным.
Энергия для осуществления азотофиксации в клубеньках образуется в результате окисления сахаров (продуктов фотосинтеза), поступающих от листьев. Малат как продукт распада сахарозы является источником углерода для симбиотических бактерий.
Процесс фиксации атмосферного азота крайне чувствителен к присутствию кислорода. В связи с чем клубеньки бобовых содержат железосодержащий кислород-связывающий белок — легоглобин. Легоглобин сходен с миоглобином животных, который используется для облегчения диффузии кислорода, использующегося при клеточном дыхании.