Hemoglobine is het eiwit dat de rode kleur aan de erytrocyten geeft en het transport van zuurstof en kooldioxide verzorgt. Het bestaat o.a. uit vier, twee aan twee gelijke, polypeptideketens, die ieder ongeveer 140 aminozuurresiduen bevatten.

De ketens vormen een bijbenadering bolvormig eiwit met vier uitstulpingen, waarin zich haemgroepen bevinden, met daarin een centraal ijzeratoom. Vanwege de opbouw uit vier min of meer identieke delen, monomeren genaamd, noemt men het geheel een hemoglobine tetrameer.
Aan de ieder monomeer is een haemgroep toebedeeld.

De rode gedeelten in het hiernaast afgebeelde hemoglobinemolecule zijn de heamgroepen, waar het zuurstof wordt gebonden. Er zijn vier van die heamgroepen.

Omdat de zuurstofuitwisseling zich afspeelt aan de haemgroep, wordt het monomeer als functionele eenheid geschouwd en past men daarop de term hemoglobinemolecule toe.
In symbolen geeft men dat aan als
Hb(Fe).

Het ijzer in de haemgroep bevindt zich normaliter in de tweewaardige (ferro-)vorm en is met vier coördinatievalenties verbonden met de vier stikstofatomen van vier pyrrolringen, die deel uitmaken van de protoporfirinering waarbinnen zich het ijzer bevindt. Met één valentie is het ijzer gebonden aan een aminozuurresidu van de polypeptideketen waarin het haem is ingebed.
Tussen het ijzeratoom en het deel van de polypeptideketen dat tegenover de aanhechtingsplaats ligt, bevindt zich een ruimte , waarin een bepaald moleculen (ligand genaamd, b.v. zuurstof) , kan plaatsnemen. Dergelijke liganden vormen complexe verbindingen met de haemgroep via een binding met het ijzeratoom.

Indien een zuurstofmolecule aan een haemgroep is verbonden, dan kan zich een ander zuurstofatoom gemakkelijker aan een van de andere haemgroepen van hetzelfde hemoglobinetetrameer binden. Anderzijds wordt de binding van volgernde zuurstofatomen ruimtelijk bemoeilijkt. Hierdoor heeft het verband tussen zuurstofverzadiging van het hemoglobine en de partiële zuurstofspanning een sigmodiaal beloop.
De curve die dit beloop weergeeft noemt men een zuurstofsaturatiecurve(osc), waarbij O staat voor oxygenium) of ook wel minder juist zuurstofdissociatiecurve(ODC)

Indien hemoglobine de zuurstof gemakkelijk afgeeft, dan zegt men dat de zuurstofaffiniteit van het hemoglobien gering is. De affiniteit is geringer naarmate de curve in het traject tussen de hoogste (in de longen) en de laagste zuurstofspanning (in de weefsels) een groter gedeelte van de zuurstofsaturatie omvat. De curven verschuiven onder invloed van de temperatuur en de pH.
Het verschil van de temperatuur in de longen en in de andere weefsels, en het pH verschil veroorzaakt door de grote hoeveelheid kooldioxide in de weefsels ende geringe hoeveelheid ervan in de longen, hebben tot gevolg dat de zuurstofuitwisseling effectiever is dan zonder deze verschillen. Het effect van de pH op de zuurstofaffiniteit wordt naar zijn ontdekker Bohr-effect genoemd.

De zuurstofaffiniteit wordt ook wel beïnvloedt door het in de erytrocyten voorkomende 2,3-difosfoglyceraat (2,3,-dPG). De productie van het 2,3-dPG hangt o.a. samen met het zuurstofaanbod.
De productie neemt toe bijverlaging van de partiële zuurstofspanning en neemt af bij verhoging ervan. Bij toenemen van de 2,3-dPG-concentratie neemt de zuurstofaffiniteit af (de curve verschuift daarbij naar rechts), terwijl bij afnemen van de concentratie de zuurstofaffiniteit toeneemt (de curve schuift daarbij naar links). De erytrocyt is dus tot op zeker hoogte in staat om de zuurstofaffiniteit van het hemoglobine aan te passen aan de zuurstofbehoefte in weefsels.

Stoornissen in de aanmaak van hemoglobine

Stoornissen in de aanmaak van hemoglobine kunnen optreden door een stoornis in de eiwitstofwisseling, de ijzerstofwisseling en/of de porfirinrstofwisseling.

Het hemoglobine in de erytrocyten van volwassenen bestaat praktisch geheel uit hemoglobine A (of HbA waarbij de A staat voor 'Adult').
Omdat er nog een andere hemoblobinefractie in de erytrocyten voorkomt die ook typisch is voor een volwassenen, wordt het eerstgenoemde hemoglobine HbA1 genoemd en het andere HbA2.
Het hemoblobine dat in hoge concentratie in de erytrocyten van een ongeboren kind voorkomt en ook nog vlak na de geboorte heeft een andere samenstelling en wordt foetaal hemoglobine (HbF) genoemd.

Genoemde hemoglobinen onderscheiden zich hierin, dat twee van de vier polypeptideketens in de tetrameren een gelijke aminozuursamenstelling hebben (welke ketens alfa-ketens worden genoemd), terwijl het andere paar (niet-alpha) ketens voor ieder hemoglobinetetrameer verschillend is.
Na de geboorte houdt de produktie van gamma-ketens bijna geheel op, waardoor het HbF geleidelijk vermindert en na de zesde maand nog slechts als spoor aanwezig is.

De hoeveelheid ijzer in het lichaam van een gezonde volwassene bedraagt 3 tot 5 gram. Ongeveer 70 % daarvan komt voor in het hemoglobine, 3,3% in myoglobine, 0,3% in enzymen en 0,1% bevindt zich aan transferrine gebonden in het bloedplasma en in weefselvloeistoofen(dit deel wordt transportijzer genoemd). De rest, het depotijzer, is opgeslagen in de reticulo-endotheliale cellen van onder nadere de lever, het beenmerg, de milt en het darmslijmvlies, in de vorm van ferritine en hemosiderine.
Omdat de molecuulmassa van het hemoglobinemonomeer gelijk is aan 16114 en de atoommassa van ijzer glijk is aan 55.847, is het ijzergehalte in het hemoglobinemolecuul gelijk aan 3,4632 mmol /mol Hb.
Transferrine is een glycoproteëne (beta-globuline), waarvan de molecuulmassa 79550 is en dat per molecule twee atomen driewaardig ijzer kan binden. Het transferrine-ijzercomplex is rose gekleurd. Het wordt in de lever geproduceerden fe halveringstijd (dit is de tijd waarin de helft van het transferrine wordt gebruikt) bedraagt ongeveer negen dagen. In het lichaam van een volwassene komt tussen 7 en 15 gram transferrine voor.
Ferritine bestaat uit een eiwit (apoferritine) met een molecuulmassa van ongeveer 445000, waaraan ongeveer 2,5 mmol ijzel per mol apoferritine is gebonden, hetgeen overeenkomt met circa 17% van de totale hoeveelheid ijzer. Het ferritine komt hoofdzakelijk voor in milt, lever en darmslijmvlies. In het bloedplasma komt zo weinig ferritine voor, dat dit slechts kan worden bepaald met behulp van methoden die gebruik maken van tegen ferritine gerichte antistoffen (b.v. een immuunenzymatische methode:ELISA)
Over het algemeen neemt men aan dat erv een verband bestaat tussen de ferritineconcentratie in het plasma en de hoeveelheid vorraad-ijzer (1 picomol ferritine zou overeenkomen met een voorraad van 65 u mol ijzer).
Over de ondergrens van de referentiewaarden bestaat echter onzekerheid (bij vrouwen variëren de in de literatuur vermelde ondergrenzen tussen 4 en 34 u g/l (of 9 en 76 pmol /l) en bij mannen tussen 14 en 112 u g/l (of 31 en 251 pmol/l), zodat men met de interpretatie voorzichtig moet zijn. Daarom is het ook van belang om bij een uitslag steeds de referentiewaarden te vermelden. Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat deze voor mannen en vrouwen verschillend zijn.

Vlak na de geboorte bevat het lichaam ongeveer 1,5 mmol ijzer per kg lichaamsgewicht. Tijdens de groei neemt de hoeveelheid ijzer relatief af, zodat bij een volwassene nog slechts tussen 0,8 en 1,1 mmol ijzer per kg lichaamsgewicht aanwezig is. Dagelijks vereist het lichaam via nieren, darm en huid bij de man 9 u mol tot 26 u mol ijzer, terwijl vrouwen door de menstruatie gemiddeld ongeveer 1 mg per dag meer verliezen.
Dagelijks moet die hoeveelheid uit de voeding worden opgenomen. Tijdens de zwangerschap, de bevalling en de borstvoeding, gaat 7,2 tot 16mmol ijzer extra verloren, zodat onder die omstandigheden dagelijks 72 tot 145 mmol ijzer moet worden opgenomen. Kinderen hebben eveneens een grotere behoefte aan ijzer door het toenemen van het lichaamsgewicht.
Het ijzer wordt als tweewaardig ion voornamelijk geresorbeerd in de twaalfvingerige darm. Het in de voeding aanwezige driewaardig ijzer moet daarom eerst worden omgezet in tweewaardig ijzer. Dit wordt bevorderd door de hoge zuurgraad in de maag. Na de opname uit de darm wordt het ijzer weer omgezet in het driewaardig ion en aan transferrine gebonden. Dit vervoert het ijzer naar plaatsten waar het gebruikt wordt en naar depots, waar het gebonden aan ferritine of hemosiderine wordt opgeslagen. De ijzerconcentratie in het plasma ligt bij de mannen tussen 16 en 33 u mol/l (gemiddeld 22u mol/l) en bij vrouwen tussen 12 en 27 u mol/l (gemiddeld 19 u mol/l).
Bij kinderen is de ijzerconcentratie enkele dagen na de geboorte het laagst (ongeveer 9 u mol/l), stijgt dan , om vervolgens weer te dalen, zodat de ijzerconcentratie na een halfjaar ongeveer 13,5 u mol/l plasma is. Tijdens de verdere groei stijgt de concentratie geleidelijk, tot in de puberteit waarden worden bereikt als bij volwassenen.
In het beenmerg worden per dag ongeveer 350 u mol ijzer gebruikt voor de haemsynthese. De opname van ijzer door de erytroblasten geschiedt onafhankelijk van de haem-productie en neemt af naarmate de erytroblasten rijper worden. Door de reticulocyten wordt nog maar weinig ijzer opgenomen en door rijpe erytrocyten in het geheel niet.

Om inzicht te krijgen in de ijzerstofwisseling worden de latente ijzerbindingscapaciteit (LIJBC) en de totale ijzerbindingscapaciteit (TIJBC) bepaald. Normaliter is het transferrine voor ongeveer een derde met ijzer verzadigd. Om een indruk te krijgen over de ijzervoorraad in de depots wordt de ferriiitineconcentratie gebruikt.
Bij gebrek aan ijzer is de ijzerconcentratie in het plasma (serum) afgenomen (b.v. tot 7 u mol/l). Als gevolg van het ijzergebrek kan de aanmaak van transferrine toenemen, waardoor de TIJBC toeneemt (b.v. tot 80 u mol/l plasma). Door de combinatie van beide effecten kan de LIJBC (in het voorbeeld van 73 u mol ijzer/l) hoger zijn dan normaal.
Bij chronische infectie en andere chronische aandoeningen is de aanmaak van transferrine verminderd terwijl ijzer minder gemakkelijk uit de depots kan worden vrijgemaakt. In die gevallen is zowel de ijzerconcentratie als de LIJBC verminderd.
Bij thalassemiën kan een verhoogde ijzerconcentratie (b.v. 36 u mol /l) in het serum worden vastgesteld, met een iets
verminderde TIJBC (b.v. tot 45 u mol/l), waardoor de LIJBC sterk verlaagd is (in het voorbeeld tot 9 u mol/l).

De haemgroep bestaat uit het eindprodukt van de profyrinestofwisseling, het protoporfirine en een ijzeratoom. Behave in hemoglobine komen ijzerhoudende porfirinen ('haemen') ook voor in spiereiwit (myoglobine) en in enzymen (o.a. katalasen, peroxidasen en cytochromen).

Het pofyrinemolecule is opgebouwd uit een viertal pyrrolmoleculen, die door metheenbruggen met elkaar zijn verbonden tot een ringvormige structuur. In de ring komen altenerend dubblele bindingen voor, doe ervoor zorgen dat porfyrinemoleculen kunnen flueoresceren (bij het bestralen met een blauwviolet licht tonen zij rode fluorescentie.

In de erythroblasten wordt onder invloed van het delta-aminolevulinezuur-dehydratase uit delta-aminolevulinezuur (delta-ALA) porfobilinogeen gevormd.
Vervolgens worden via verschillende tussenvormen uro- en coproporfyrine en tenslotte het protoporfyrine gevormd.

Afhankelijk van de groepen die aan de pyrrolringen zijn verbonden hebben de protoporfyrinen een verschillende aanduiding. In hemoglobine-heam is dit het protoporfyrine IX.
De inbouw van het ijzer in het protoporfyrine wordt bevordert door het enzym ferrochelatase.
Het delta-ALA-dehydratase wordt door een overmaat aan haem geremd, zodat nomaliter de protoporfyrineproduktie wordt aangepast aan de behoefte.

In de erytrocyten is de concentratie van uro- en coproporfyrine gewoonlijk gering (0 tot 1 u g /l resp 0 tot 20 ug/l), omdat deze stoffen snel in protoporfyrine worden omgezet. De concentratie van laatstgenoemde stof is daarom veel hoger (50 tot 350 ug/l erytrocyten)
Veelal wordt de concentratie van de verschillende porfyrinen in de erytrocyten niet afzonderlijk bepaald, maar wordt een gemiddelde maatstaf gehanteerd, waarbij men spreekt over vrij erytrocytair porfyrine (in het Engels 'free erythrocyte porphyrins', FEP). De concentratie daarvan varieert tussen 90 en 500 ug/l erytrocyten