鐵硫蛋白（或英式拼寫中的鐵硫蛋白）是一種蛋白質，其特征是存在鐵硫簇，其中包含處于不同氧化態的硫化物連接的二、三和四鐵中心。鐵硫簇存在于多種金屬蛋白中，例如鐵氧還蛋白，以及 NADH 脫氫酶、氫化酶、輔酶 Q - 細胞色素 c 還原酶、琥珀酸 - 輔酶 Q 還原酶和固氮酶。 鐵硫簇因其在線粒體和葉綠體中電子傳遞的氧化還原反應中的作用而廣為人知。氧化磷酸化的復合物 I 和復合物 II 都具有多個 Fe-S 簇。它們具有許多其他功能，包括烏頭酸酶所示的催化作用、SAM 依賴性酶所示的自由基生成以及硫辛酸和生物素生物合成中的硫供體。此外，一些 Fe-S 蛋白調節基因表達。 Fe-S 蛋白容易受到生物一氧化氮的攻擊，形成二亞硝基鐵絡合物。在大多數 Fe-S 蛋白中，Fe 的末端配體是硫醇鹽，但也有例外。

這些蛋白質在大多數生物體的代謝途徑中普遍存在，導致一些科學家推測鐵硫化合物在鐵硫世界理論中對生命起源具有重要作用。

在幾乎所有的 Fe-S 蛋白中，Fe 中心都是四面體，末端配體是來自半胱氨酰殘基的硫醇硫中心。 硫化物基團是二配位或三配位的。 具有這些特征的三種不同類型的 Fe-S 團簇最為常見。

為了服務于它們的各種生物學作用，鐵硫蛋白影響快速電子轉移并跨越從 -600 mV 到 +460 mV 的整個生理氧化還原電勢范圍。

鐵粉蛋白參與各種生物電子傳輸過程，例如光合作用和細胞呼吸，這些過程需要快速電子傳輸來維持生物體的能量或生化需求。

Fe3+-SR 鍵具有異常高的共價性，這是預期的。 將 Fe3+ 的共價性與 Fe2+ 的共價性進行比較時，Fe3+ 的共價性幾乎是 Fe2+ 的兩倍（20% 至 38.4%）。 Fe3+ 也比 Fe2+ 穩定得多。 像 Fe3+ 這樣的硬離子通常具有低共價性，因為金屬最低未占分子軌道與配體最高占分子軌道的能量不匹配。

靠近活性位點的蛋白質處存在來自外部 H2O 的 HO-H-S-Cys H 鍵，這種 H 鍵減少了從 Cys-S 供體到 Fe3+/2+ 的孤對電子捐贈。 使用凍干法去除這些外部 H2O 會導致 Fe-S 共價性增加，這意味著 H2O 正在降低共價性，因為 HOH-S 氫鍵會拉動硫電子。 由于共價鍵比 Fe2+ 更能穩定 Fe3+，因此 Fe3+ 更容易因 HOH-S 氫鍵而不穩定。

Fe3+ 3d 軌道能量遵循“反轉”鍵合方案，偶然地使 Fe3+ d 軌道在能量上與硫 3p 軌道緊密匹配，從而在生成的鍵合分子軌道中提供高共價性。 這種高共價性降低了內球重組能，最終有助于快速電子轉移。

最簡單的多金屬系統，[Fe2S2] 簇，由兩個鐵離子和兩個硫化物離子橋接并由四個半胱氨酰配體（在 Fe2S2 鐵氧還蛋白中）或兩個半胱氨酸和兩個組氨酸（在 Rieske 蛋白中）配位構成。 氧化的蛋白質含有兩個 Fe3+ 離子，而還原的蛋白質含有一個 Fe3+ 和一個 Fe2+ 離子。 這些物質以兩種氧化態存在，(FeIII)2 和 FeIIIFeII。 CDGSH 鐵硫結構域也與 2Fe-2S 簇有關。

一個常見的主題是四個鐵離子和四個硫離子位于立方烷型簇的頂點。 Fe 中心通常由半胱氨酰配體進一步配位。 [Fe4S4] 電子轉移蛋白（[Fe4S4] 鐵氧還蛋白）可進一步細分為低電位（細菌型）和高電位（HiPIP）鐵氧還蛋白。 低電位和高電位鐵氧還蛋白通過以下氧化還原方案相關：

在 HiPIP 中，簇在 [2Fe3+, 2Fe2+] (Fe4S42+) 和 [3Fe3+, Fe2+] (Fe4S43+) 之間穿梭。 這種氧化還原對的電勢范圍為 0.4 至 0.1 V。在細菌鐵氧還蛋白中，一對氧化態為 [Fe3+, 3Fe2+] (Fe4S4+) 和 [2Fe3+, 2Fe2+] (Fe4S42+)。 這種氧化還原對的電勢范圍為 -0.3 至 -0.7 V。4Fe-4S 簇的兩個家族共享 Fe4S42+ 氧化態。 氧化還原對的差異歸因于氫鍵的程度，這強烈地改變了半胱氨酰硫醇配體的堿性。