白肽链中第8位的一个组氨酸残基中的吲哚侧链上的氮原子从卟啉分子平面的上方与亚铁离子配位结合，使中心离子铁(II)成为五配位，既是配位中心，又是活性中心。当血红蛋白不与氧结合的时候，有一个水分子从卟啉环下方与亚铁离子配位结合，而当血红蛋白载氧的时候，就由氧分子顶替水的位置。血红蛋白与氧的结合可受到2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的调控，成人的血红素组成为αβ，使成人血红蛋白对氧的亲和性降低，而胎儿血红蛋白的组成为αγ，不受2,3-二磷酸甘油酸影响。血红蛋白中铁(II)能可逆地结合氧分子，取决于氧