元素铁由于具有活跃的价态变化，使得它在细胞内氧化还原反应中起着非常重要的作用。铁参与细胞色素的构建，细胞色素含有血红素铁卟啉复合体的辅基，其是叶绿体和线粒体内氧化还原系统的组分，也是硝酸还原酶中氧化还原链的组分。
在非血红素蛋白中，铁与半胱氨酸结合，其中最活跃的是铁氧还蛋白，它参与许多基础代谢中的电子传递。当叶片缺铁时，铁氧还蛋白与叶绿素的下降同步；当铁供应恢复时，铁氧还蛋白的含量回升。铁同时参与了硝酸还原中的电子传递，有人预测，铁供应与铁氧还蛋白含量及硝酸盐还原之间存在某种正相关的关系。
超氧化物歧化酶（SOD）及其同工酶通过合成过氧化氢来解除体内超氧自由基的伤害，它含有金属组分：铜、锌、锰或铁。在叶绿体中，FeSOD是SOD的典型同工酶。
在叶绿体类囊体膜上，每单位的光合II系统和光合I系统有大约20个铁原子直接参与电子传递；同时，类囊体膜的结构和功能的完成性对铁的要求很高，这导致了叶绿体特别是类囊体对缺铁高度敏感。在快速生长的叶片中约有80%的铁位于叶绿体中。
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