Hemoglobina to białko zbudowane z 574 aminokwasów o masie 66,5 kDa. Jest obecna w erytrocytach i nazywana czerwonym barwnikiem krwi. Głównym zadaniem hemoglobiny jest wiązanie i transport tlenu z płuc do komórek ciała oraz dwutlenku węgla z komórek ciała do płuc.
Hemoglobina jest tetramerem — jest zbudowana z 4 podjednostek białkowych oznaczanych literami α, β, γ, δ. Istnieje kilka kombinacji podjednostek w hemoglobinie m.in. α2β2 czy α2δ2. Każda podjednostka zawiera grupę prostetyczną w postaci cząsteczki hemu z centralnie położonym kationem żelaza Fe2+. Żelazo daje hemoglobinie zdolność wiązania tlenu.
Schemat wiązania tlenu przez hem
By Smokefoot - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63789703
Jedna cząsteczka hemoglobiny może przyłączyć od 1 do 4 cząsteczek tlenu. Tlen przyłącza się do hemu na zasadzie utlenowania (nie utlenienia!), dzięki czemu powstałe wiązanie nie jest trwałe i umożliwia łatwe odłączenie się tlenu.
Hemoglobina poza transportem tlenu odpowiada również za transport ok. 15% dwutlenku węgla przenoszonego przez krew. Hemoglobina połączona z CO2 nazywana jest karbaminohemoglobiną.