血红蛋白是一种寡聚蛋白质，由四个亚基组成，即2个α亚基和2个β亚基，每个亚基均有一个血红素，且有与氧结合的高亲和力，每个血红素都可以和一个氧分子结合。当四个亚基组成血红蛋白后其结合氧的能力就会随着氧分压及其他因素的改变而改变。由于血红蛋白分子的构象可以发生一定程度的变化，从而影响了血红蛋白与氧的结合能力。另外，血红蛋白分子上残基若发生变化，也会影响其功能的改变，如血红蛋白β-链中的N末端第六位上的谷氨酸被缬氨酸取代，就会产生镰刀形红细胞贫血症，使红细胞不能正常携带氧。
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