A hemoglobina adulta (HbA) é um tetrâmero: duas cadeias α-globina e duas cadeias β-globina. Cada cadeia se dobra em uma estrutura globular compacta com um bolso heme.
Cada cadeia globina se liga a um heme — um anel de porfirina contendo ferro. O ferro ferrosos (Fe²⁺) coordena quatro nitrogênios de porfirina e uma histidina proximal; o sexto sítio de coordenação se liga reversivelmente ao O₂.
A ligação de O₂ a um heme aumenta a afinidade dos três restantes (cooperatividade positiva). Esta curva de ligação sigmoidal permite carregamento eficiente nos pulmões (alta PO₂) e descarga nos tecidos (baixa PO₂).
Esta regulação requintada combina a entrega de oxigênio à demanda tecidual.