ヘモグロビン

ヘモグロビン
(ヘテロ四量体、( α β ) 2 )
ヒトヘモグロビンの構造。αおよびβグロビンサブユニットはそれぞれ赤と青で、鉄を含むヘムグループは緑で示され ています。PDB より: 1GZX ​Proteopediaヘモグロビン
タンパク質の種類	金属タンパク質、色素タンパク質、グロブリン
関数	酸素輸送
補因子	ヘム(4)
サブユニット名 遺伝子 染色体座 Hb-α1 ＨＢＡ１ 第16章13.3 節 Hb-α2 HBA2 第16章13.3 節 ヘモグロビンβ ＨＢＢ 第11章15.5 節

ヘモグロビン（haemoglobin、^[a] HbまたはHgb）は、赤血球での酸素の運搬を促進する鉄を含むタンパク質です。ほぼすべての脊椎動物はヘモグロビンを含んでいますが、^[3]唯一の例外は魚類であるChannichthyidaeです。^[4]血液中のヘモグロビンは、呼吸器官（肺または鰓）から体の他の組織に酸素を運び、そこで酸素を放出して好気呼吸を可能にし、動物の代謝を促進します。健康な人間の血液100mLあたり12〜20グラムのヘモグロビンが含まれています。ヘモグロビンは、金属タンパク質、色素タンパク質、およびグロブリンです。    

哺乳類では、ヘモグロビンは赤血球の乾燥重量（水分を除く）の約96％、総重量（水分を含む）の約35％を占めています。^{[5]ヘモグロビンは}₁ グラムあたり1.34mLの酸素結合能を持ち、^{[6]血漿のみの溶存酸素と比較して}血液中の酸素容量を70倍に増加させます。 ^[7]哺乳類のヘモグロビン分子は最大4つの酸素分子を結合して輸送することができます。^[8]

ヘモグロビンは他のガスも運びます。体内の呼吸二酸化炭素の一部（全体の約20～25%）^[9]をカルバミノヘモグロビンとして運びます。このカルバミノヘモグロビンでは、CO2_がヘムタンパク質に結合しています。この分子はまた、グロビンタンパク質のチオール基に結合した重要な調節分子である一酸化窒素を運び、酸素と同時に放出します。^[10]

ヘモグロビンは、黒質のA9ドーパミンニューロン、マクロファージ、肺胞細胞、肺、網膜色素上皮、肝細胞、腎臓のメサンギウム細胞、子宮内膜細胞、子宮頸部細胞、膣上皮細胞など、他の細胞にも存在します。[ 11 ^{]これらの組織では、ヘモグロビンは}抗酸化物質として不要な酸素を吸収し、鉄代謝を調節します。^[12]血液中の過剰なグルコースはヘモグロビンに付着し、ヘモグロビンA1cのレベルを上昇させる可能性があります。^[13]

ヘモグロビンとヘモグロビン様分子は、多くの無脊椎動物、真菌、植物にも見られます。^[14]これらの生物では、ヘモグロビンは酸素を運ぶこともあれば、二酸化炭素、一酸化窒素、硫化水素、硫化物などの他の小分子やイオンを輸送および制御することもあります。レグヘモグロビンと呼ばれる変種は、マメ科植物の窒素固定根粒などの嫌気性システムから酸素を除去し、酸素中毒を防ぐ役割を果たします。

貧血の一種であるヘモグロビン血症という病状は、血管内溶血によって起こり、ヘモグロビンが赤血球から血漿に漏れ出します。

1825年、ヨハン・フリードリヒ・エンゲルハートは、鉄とタンパク質の比率がいくつかの種のヘモグロビンで同一であることを発見した。^{[16] [17]}既知の鉄の原子量から、彼はヘモグロビンの分子量をn × 16000（n = ヘモグロビン分子あたりの鉄原子の数、現在では4であることがわかっている）と計算し、これがタンパク質の分子量の最初の決定となった。この「性急な結論」は、分子がそれほど大きいとは信じられない同僚から嘲笑された。しかし、ギルバート・スミスソン・アデアは1925年にヘモグロビン溶液の浸透圧を測定することでエンゲルハートの結果を確認した。^[18]

血液が酸素を運ぶことは1794年から知られていたが、^{[19] [20]}ヘモグロビンの酸素運搬特性は1840年にヒューネフェルトによって記述された。^[21] 1851年、ドイツの生理学者オットー・フンケは、赤血球を純水、アルコール、エーテルなどの溶媒で順次希釈し、得られたタンパク質溶液から溶媒をゆっくりと蒸発させることでヘモグロビン結晶を成長させる方法について述べた一連の論文を発表した。^{[22] [23]ヘモグロビンの可逆的な酸素化は、数年後に}フェリックス・ホッペ・ザイラーによって記述された。^[24]

X線結晶構造解析の発達により、タンパク質の構造を配列することが可能になった。^[25] 1959年、マックス・ペルーツはヘモグロビンの分子構造を決定した。^{[26] [27]}この業績により、彼は球状タンパク質ミオグロビンの配列を決定したジョン・ケンドリューと共に1962年のノーベル化学賞を受賞した。^{[25] [28]}

血液中のヘモグロビンの役割は、フランスの生理学者 クロード・ベルナールによって解明されました。

ヘモグロビン（またはヘモグロビン）という名前は、ヘム（またはヘム）とグロビンという単語に由来しており、ヘモグロビンの各サブユニットがヘム基が埋め込まれた球状タンパク質であるという事実を反映しています。各ヘム基には1つの鉄原子が含まれており、イオン誘起双極子力によって1つの酸素分子と結合できます。哺乳類の最も一般的なタイプのヘモグロビンには、このようなサブユニットが4つ含まれています。^[29]

ヘモグロビンは、タンパク質サブユニット（グロビン分子）で構成されています。これはポリペプチドであり、タンパク質の化学的特性と機能を決定する特定のアミノ酸の長い折り畳まれた鎖です。ポリペプチドのアミノ酸配列は、DNA のセグメント、つまり対応する遺伝子から翻訳されます。

ヘモグロビン遺伝子は複数存在します。ヒトでは、ヘモグロビン A (成人の主なヘモグロビン) は遺伝子HBA1、HBA2、HBBによってコードされています。^[30]アルファ 1 サブユニットとアルファ 2 サブユニットはそれぞれ16 番染色体上の近接した遺伝子HBA1とHBA2によってコードされ、ベータ サブユニットは 11 番染色体上の遺伝子HBBによってコードされています。グロビン サブユニットのアミノ酸配列は通常種によって異なり、その差は進化の距離とともに大きくなります。たとえば、ヒト、ボノボ、チンパンジーの最も一般的なヘモグロビン配列は完全に同一で、アルファ グロビンとベータ グロビンのタンパク質鎖はまったく同じです。^{[31] [32] [33]}ヒトとゴリラのヘモグロビンはアルファ鎖とベータ鎖の両方で 1 つのアミノ酸が異なり、これらの差は近縁でない種の間で大きくなります。^[要出典]

ヘモグロビン遺伝子の変異は、単一種内でヘモグロビンの変異体をもたらす可能性があるが、通常、各種で1つの配列が「最も一般的」である。 ^{[34] [35]}これらの変異の多くは病気を引き起こさないが、いくつかはヘモグロビン症と呼ばれる遺伝性疾患群を引き起こす。最もよく知られているヘモグロビン症は鎌状赤血球症であり、これはそのメカニズムが分子レベルで理解された最初のヒト疾患であった。サラセミアと呼ばれるほとんどが独立した一連の疾患は、グロビン遺伝子調節の問題と変異により、正常ヘモグロビン、時には異常ヘモグロビンの産生不足を伴う。これらの疾患はすべて貧血を引き起こす。^[36]

ヘモグロビン配列の変異は、他のタンパク質と同様に、適応的である可能性がある。例えば、ヘモグロビンは、海面より高い気圧と比較して酸素分圧が低いためヘモグロビンとの結合が減少する高高度の薄い空気に異なる方法で適応することがわかっている。最近のシカネズミの研究では、高地と低地の個体群の違いを説明できる4つの遺伝子の変異が見つかった。2つの品種の遺伝子は「ヘモグロビンの酸素運搬能力を制御する遺伝子を除いて、実質的に同一であることが判明した。 . . . この遺伝子の違いにより、高地のネズミは酸素をより効率的に利用できる」。^[37] マンモスのヘモグロビンには、低温でも酸素を供給できるようにする変異があり、そのためマンモスは更新世に高緯度に移動することができた。 [ ^38]これは、アンデスに生息するハチドリにも見られる。ハチドリはもともと多くのエネルギーを消費し、酸素の需要が高いのですが、アンデスハチドリは高地でも繁栄することが分かっています。高地に生息する複数の種（Oreotrochilus、A. castelnaudii、C. violifer、P. gigas、 A . viridicuada ）のヘモグロビン遺伝子の非同義変異により、タンパク質はイノシトール六リン酸（IHP）に対する親和性が低下しています。IHPは鳥類に見られる分子で、人間の2,3-BPGと同様の役割を果たしており、その結果、より低い分圧で酸素を結合する能力が生まれます。^[39]

鳥類の独特な循環肺は、_酸素分圧が低い場合でも酸素を効率的に利用します。これら 2 つの適応は互いに補強し合い、鳥類の高高度での優れたパフォーマンスを支えています。^{[引用が必要]}

ヘモグロビンの適応は人間にも及んでいる。4,000メートルの高地に住む高酸素飽和遺伝子型のチベット人女性は、子孫の生存率が高い。^[40]ヘモグロビン酸素親和性が高い女性の子孫の死亡率は、ヘモグロビン酸素親和性が低い女性の子孫の死亡率と比較して大幅に低いため、この遺伝子に作用する主な力は自然淘汰であると思われる。正確な遺伝子型とこれが起こるメカニズムはまだ明らかではないが、淘汰はこれらの女性の低分圧で酸素を結合する能力に作用しており、これにより、全体として重要な代謝プロセスをよりよく維持することができる。^[要出典]

ヘモグロビン（Hb）は、一連の複雑なステップを経て合成される。ヘム部分は、未熟な赤血球のミトコンドリアと細胞質で一連のステップを経て合成され、グロビンタンパク質部分は細胞質のリボソームによって合成される。^{[41] Hb の産生は、}骨髄の前赤芽球から網状赤血球までの初期の発達を通じて細胞内で継続する。この時点で、哺乳類の赤血球では核が失われるが、鳥類や他の多くの種では失われない。哺乳類では核が失われた後も、残存するリボソーム RNAによって Hb の合成がさらに行われ、網状赤血球は血管系に入った直後に RNA を失う（このヘモグロビン合成 RNA によって、網状赤血球は実際に網状の外観と名前を得ている）。^[42]

ヘモグロビンは、多くの多サブユニット球状タンパク質に特徴的な四次構造を持っています。 ^[43]ヘモグロビンのアミノ酸のほとんどはαヘリックスを形成し、これらのヘリックス同士は短い非ヘリックスセグメントでつながっています。水素結合によりこのタンパク質内のヘリックス部分が安定化し、分子内に引力が生じ、各ポリペプチド鎖が特定の形状に折り畳まれます。^[44]ヘモグロビンの四次構造は、4つのサブユニットがほぼ四面体状に配置されていることから生じます。^[43]

ほとんどの脊椎動物では、ヘモグロビン分子は4つの球状タンパク質サブユニットの集合体です。各サブユニットは、非タンパク質補綴 ヘムグループと密接に結合したタンパク質鎖で構成されています。各タンパク質鎖は、グロビンフォールド配置で互いに接続された一連のαヘリックス構造セグメントに配置されます。この配置は、ミオグロビンなどの他のヘム/グロビンタンパク質で使用される折り畳みモチーフと同じであるため、このような名前が付けられています。[ ^{45] [46]}この折り畳みパターンには、ヘムグループを強く結合するポケットが含まれています。^[要出典]

ヘム基は、ポルフィリンと呼ばれる複素環に保持された鉄（Fe）イオンで構成されています。このポルフィリン環は、中央に結合した鉄イオンと（メチン架橋によって）環状に結合した4つのピロール分子で構成されています。 ^[47]酸素結合部位である鉄イオンは、すべて同じ平面にある環の中心にある4つの窒素原子と配位します。ヘムは、ポルフィリン環の下にあるF8ヒスチジン残基（近位ヒスチジンとしても知られる）のイミダゾール環のN原子を介して、球状タンパク質に強く（共有結合で）結合しています。6番目の位置は、配位共有結合によって酸素を可逆的に結合することができ、^[48] 6つのリガンドの八面体グループが完成します。酸素とのこの可逆的な結合があるため、ヘモグロビンは体内の酸素輸送に非常に役立ちます。^[49]酸素は、一方の酸素原子がFeに結合し、もう一方が斜めに突き出た「端が曲がった」形状で結合します。酸素が結合していない場合は、非常に弱く結合した水分子がその場所を満たし、歪んだ八面体を形成します。

二酸化炭素はヘモグロビンによって運ばれますが、鉄結合位置をめぐって酸素と競合することはなく、ヘム基に結合したタンパク質鎖のアミン基に結合します。

鉄イオンは、第一鉄（Fe ^2+）または第二鉄（Fe 3+ ^）の状態のいずれかになりますが、鉄ヘモグロビン（メトヘモグロビン）（Fe ³⁺）は酸素と結合できません。^[50]結合の際、酸素は（Fe ²⁺）から（Fe ³⁺）に一時的かつ可逆的に酸化され、同時に一時的にスーパーオキシドイオンに変化するため、酸素と結合するには鉄が+2の酸化状態で存在する必要があります。Fe ³⁺に結合したスーパーオキシドイオンがプロトン化されると、ヘモグロビンの鉄は酸化されたままになり、酸素と結合できなくなります。このような場合、酵素メトヘモグロビン還元酵素は、鉄中心を還元することで、最終的にメトヘモグロビンを再活性化することができます。

成人のヒトでは、最も一般的なヘモグロビンの種類は、ヘモグロビン Aと呼ばれるテトラマー（4 つのサブユニットタンパク質を含む）であり、非共有結合した 2 つの α サブユニットと 2 つの β サブユニットで構成され、それぞれ 141 個と 146 個のアミノ酸残基で構成されています。これは、α ₂ β ₂と表記されます。サブユニットは構造的に類似しており、ほぼ同じサイズです。各サブユニットの分子量は約 16,000 ダルトンで、^[51]テトラマーの総分子量は約 64,000 ダルトン（64,458 g/mol）です。 ^[52]したがって、1 g/dL = 0.1551 mmol/L です。ヘモグロビン A は、ヘモグロビン分子の中で最も集中的に研究されています。^[要出典]

人間の乳児では、胎児ヘモグロビン分子は2つのα鎖と2つのγ鎖で構成されています。乳児が成長するにつれて、γ鎖は徐々にβ鎖に置き換えられます。^[53]

4 つのポリペプチド鎖は、塩橋、水素結合、および疎水効果によって互いに結合しています。

一般的に、ヘモグロビンは酸素分子で飽和した状態（オキシヘモグロビン）と、酸素分子で不飽和化した状態（デオキシヘモグロビン）がある。^[54]

酸素ヘモグロビンは、生理的呼吸中に、赤血球中のタンパク質ヘモグロビンのヘム成分に酸素が結合したときに形成される。このプロセスは、肺胞に隣接する肺毛細血管で起こる。その後、酸素は血流を通って細胞に運ばれ、そこで酸化リン酸化プロセスによってATPを生成する際の末端電子受容体として利用される。しかし、これは血液pHの低下を防ぐのには役立たない。換気、つまり呼吸は二酸化炭素を除去してこの状態を逆転させ、pHの上昇を引き起こす可能性がある。^[55]

ヘモグロビンは、緊張した（張った）形態（T）と緩和した形態（R）の2つの形態で存在する。組織レベルでの低pH 、高CO ₂、高2,3 BPGなどのさまざまな要因により、酸素親和性が低く組織に酸素を放出する緊張した形態が有利になる。逆に、高pH、低CO ₂、または低2,3 BPGは、酸素をよりよく結合できる緩和した形態に有利である。^[56]システムの分圧もO ₂親和性に影響し、酸素分圧が高い場合（肺胞に存在する場合など）は、緩和した（高親和性、R）状態が有利になる。逆に、分圧が低い場合（呼吸している組織に存在する場合など）は、緊張した（低親和性、T）状態が有利になる。^[57]さらに、鉄(II)ヘムに酸素が結合すると、鉄がポルフィリン環の平面内に引き込まれ、わずかな立体配座の変化が生じる。この変化により、酸素がヘモグロビン内の残りの 3 つのヘム単位に結合することが促進されます (したがって、酸素結合は協調的です)。^{[引用が必要]}

古典的には、酸化ヘモグロビン中の鉄は鉄(II)の酸化状態で存在すると考えられている。しかし、酸素とヘム鉄の複合体は反磁性であるのに対し、酸素と高スピン鉄(II)はともに常磁性である。実験的証拠は、ヘム鉄が酸化ヘモグロビン中の鉄(III)の酸化状態にあり、酸素がスーパーオキシドアニオン(O ₂ ^•− )として、または共有結合電荷移動錯体として存在していることを強く示唆している。^[58]

脱酸素化ヘモグロビン（デオキシヘモグロビン）は、酸素が結合していないヘモグロビンの形態である。オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの吸収スペクトルは異なる。オキシヘモグロビンは、660 nmの波長での吸収がデオキシヘモグロビンよりも大幅に低いが、940 nmではわずかに高い。この違いは、パルスオキシメーターと呼ばれる機器で患者の血液中の酸素量を測定するのに利用される。この違いは、低酸素症中に組織が青から紫がかった色になるチアノーゼの症状も説明する。^[59]

脱酸素化ヘモグロビンは常磁性であり、磁場に弱く引き付けられる。^{[60] [61]}対照的に、酸素化ヘモグロビンは反磁性を示し、磁場から弱い反発を受ける。^[61]

科学者たちは、ミオグロビンとヘモグロビンを分離した出来事は、ヤツメウナギが顎のある脊椎動物から分岐した後に起こったことに同意している。^[62]ミオグロビンとヘモグロビンのこの分離により、2つの分子の異なる機能が発生および発達した。ミオグロビンは酸素の貯蔵に関係が深く、ヘモグロビンは酸素の輸送を担っている。^[63] αおよびβ様グロビン遺伝子は、タンパク質の個々のサブユニットをコードしている。^[30]これらの遺伝子の前身は、約4億5000万〜5億年前、顎のない魚に由来する顎動物の共通祖先よりも後の別の重複イベントによって発生した。^[62]祖先の再構築研究は、αおよびβ遺伝子の重複前の祖先は、同一のグロビンサブユニットで構成された二量体であり、重複後に四量体構造に組み立てられるように進化したことを示唆している。^[64] α遺伝子とβ遺伝子の発達により、ヘモグロビンが複数の異なるサブユニットで構成される可能性が生まれました。これは、ヘモグロビンの酸素輸送能力の中心となる物理的構成です。複数のサブユニットを持つことは、ヘモグロビンが協調的に酸素を結合する能力と、アロステリックに制御される能力に寄与します。^{[63] [64]}その後、α遺伝子も複製され、 HBA1遺伝子とHBA2遺伝子が形成されました。^[65]これらのさらなる複製と分岐により、さまざまなαおよびβ様グロビン遺伝子が作成され、特定の形態がさまざまな発達段階で発生するように制御されています。^[63]

シャコ科の氷魚のほとんどは、冷水への適応としてヘモグロビン遺伝子を失っている。^[4]

酸素が鉄錯体に結合すると、鉄原子はポルフィリン環の平面の中心に向かって戻ります(動く図を参照)。同時に、鉄のもう一方の極で相互作用するヒスチジン残基のイミダゾール側鎖は、ポルフィリン環に向かって引っ張られます。この相互作用により、環の平面がテトラマーの外側に向かって横向きになり、鉄原子に近づくにつれてヒスチジンを含むタンパク質ヘリックスに歪みが生じます。この歪みはテトラマー内の残りの 3 つのモノマーに伝わり、他のヘム部位で同様の構造変化が起こり、これらの部位への酸素の結合が容易になります。

酸素がヘモグロビンの1つのモノマーに結合すると、テトラマーの構造はT（緊張）状態からR（緩和）状態に移行します。この変化により、残りの3つのモノマーのヘム基への酸素の結合が促進され、ヘモグロビン分子が酸素で飽和します。^[66]

したがって、正常な成人ヘ​​モグロビンの四量体では、酸素の結合は協同的プロセスです。ヘモグロビンの酸素に対する結合親和性は分子の酸素飽和度によって増加し、最初に結合した酸素分子が次の分子の結合部位の形状に影響を与え、結合に好ましい形になります。この積極的な協同的結合は、上で説明したように、ヘモグロビンタンパク質複合体の立体構造変化によって実現されます。つまり、ヘモグロビンの 1 つのサブユニットタンパク質が酸素化されると、複合体全体の構造または構造変化が開始され、他のサブユニットの酸素に対する親和性が高まります。その結果、ヘモグロビンの酸素結合曲線は、非協同的結合に関連する 通常の双曲線とは対照的に、シグモイド曲線、つまりS字型になります。

ヘモグロビンの協同性の動的メカニズムと低周波共鳴との関係が議論されている。^[67]

ヘモグロビンに協力的に結合する酸素リガンドのほかに、ヘモグロビンリガンドには、一酸化炭素(CO)などの競合阻害剤や、二酸化炭素 (CO ₂ ) や一酸化窒素(NO) などのアロステリックリガンドも含まれる。二酸化炭素はグロビンタンパク質のアミノ基に結合してカルバミノヘモグロビンを形成する。このメカニズムは、哺乳類における二酸化炭素輸送の約 10% を占めると考えられている。一酸化窒素もヘモグロビンによって輸送される。グロビンタンパク質の特定のチオール基に結合して S-ニトロソチオールを形成し、ヘモグロビンがヘム部位から酸素を放出すると、これが遊離一酸化窒素と再びチオールに解離する。この末梢組織への一酸化窒素輸送は、酸素レベルが低い組織に血管拡張性一酸化窒素を放出することで、組織における酸素輸送を助けると考えられている。^[68]

酸素の結合は、一酸化炭素などの分子（例えば、タバコの喫煙、排気ガス、炉の不完全燃焼から生じる）の影響を受ける。 CO はヘム結合部位で酸素と競合する。 ヘモグロビンの CO に対する結合親和性は、酸素に対する親和性の 250 倍である。^{[69] [70]}一酸化炭素は無色、無臭、無味のガスであり、潜在的に致命的な脅威となるため、住宅内の濃度が危険レベルに達したことを警告する一酸化炭素検知器が市販されている。 ヘモグロビンが CO と結合すると、カルボキシヘモグロビンと呼ばれる非常に明るい赤色の化合物が形成され、これにより、 CO 中毒の患者の皮膚は、死後、白や青ではなくピンク色になることがある。 吸入空気中の CO 濃度が 0.02% と低い場合でも、頭痛や吐き気が起こり、CO 濃度が 0.1% に上昇すると意識不明に陥る。ヘビースモーカーの場合、酸素活性部位の最大 20% が CO によってブロックされることがある。

同様に、ヘモグロビンはシアン化物（CN ⁻）、一酸化硫黄（SO）、硫化物（S ²⁻）、硫化水素（H ₂ S）などに対しても競合的結合親和性を持っています。これらはすべてヘムの鉄に結合してその酸化状態を変えませんが、それでも酸素結合を阻害し、重大な毒性を引き起こします。

ヘム基の鉄原子は、酸素やその他のガスの結合と輸送をサポートするために、最初は第一鉄（ Fe ²⁺ ）酸化状態にある必要があります（上で説明したように、酸素が結合している間は一時的に第二鉄に切り替わります）。酸素なしでの第二鉄（Fe ³⁺）状態への最初の酸化により、ヘモグロビンは「ヘムiグロビン」またはメトヘモグロビンに変換されますが、これは酸素を結合できません。通常の赤血球内のヘモグロビンは、これを防ぐために還元システムによって保護されています。一酸化窒素は、赤血球内のヘモグロビンのごく一部をメトヘモグロビンに変換できます。後者の反応は、グロビンのより古い一酸化窒素ジオキシゲナーゼ機能の残存活性です。

二酸化炭素は、ヘモグロビンの別の結合部位を占めます。二酸化炭素濃度が高い組織では、二酸化炭素はヘモグロビンのアロステリック部位に結合し、ヘモグロビンからの酸素の解放を促進し、酸素が代謝中の組織に放出された後、最終的に体外に除去されます。静脈血による二酸化炭素への親和性の増大は、ボーア効果として知られています。炭酸脱水酵素を介して、二酸化炭素は水と反応して炭酸になり、炭酸水素塩と陽子に分解されます。

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃ → HCO ₃ ⁻ + H ⁺

したがって、二酸化炭素レベルが高い血液はpHも低くなります(より酸性になります)。 ヘモグロビンはプロトンと二酸化炭素を結合することができ、それがタンパク質の構造変化を引き起こし、酸素の放出を促進します。 プロトンはタンパク質のさまざまな場所で結合し、二酸化炭素は α-アミノ基に結合します。^[71]二酸化炭素はヘモグロビンに結合してカルバミノヘモグロビンを形成します。^[72]二酸化炭素と酸の結合によるヘモグロビンの酸素親和性のこの低下は、ボーア効果として知られています。 ボーア効果は、R 状態よりも T 状態を優先します。 (O ₂飽和曲線を右にシフトします)。 逆に、血液中の二酸化炭素レベルが減少すると (つまり、肺毛細血管内)、二酸化炭素とプロトンがヘモグロビンから放出され、タンパク質の酸素親和性が増加します。 pH の低下によりヘモグロビンの酸素に対する総結合能力が減少する（つまり、曲線が右に移動するだけでなく、下方向に移動する）ことをルート効果と呼びます。これは硬骨魚類で見られます。

ヘモグロビンは結合した酸素を放出する必要がある。そうでなければ、結合する意味がない。ヘモグロビンのS字曲線は、結合（肺での酸素の吸収_{）と除荷（組織での酸素}の降ろし）の効率を高める。^[73]

高地に慣れた人では、血液中の2,3-ビスホスホグリセリン酸（2,3-BPG）の濃度が上昇し、酸素分圧が低い状態で組織に大量の酸素を届けることができる。分子Yが分子Xと輸送分子Zの結合に影響を与えるこの現象は、異質アロステリック効果と呼ばれる。高地の生物のヘモグロビンも、2,3-BPGに対する親和性が低くなるように適応しており、タンパク質はR状態により近づく。R状態のヘモグロビンは酸素をより容易に結合するため、酸素分圧が低い状態で生物が必要な代謝プロセスを実行できるようになる。^[74]

人間以外の動物は、不利な条件下ではヘモグロビンに結合して酸素親和性を変化させるために、さまざまな分子を使用します。魚はATPとGTPの両方を使用します_。これらは魚のヘモグロビン分子のリン酸「ポケット」に結合し、緊張状態を安定させ、酸素親和性を低下させます。^{[75] GTPはATPよりもはるかにヘモグロビンの酸素親和性を低下させますが、これは緊張状態をさらに安定化させる余分な}水素結合が形成されるためだと考えられています。^[76]低酸素状態では、魚の赤血球中のATPとGTPの両方の濃度が低下し、酸素親和性が高まります。^[77]

胎児ヘモグロビン（HbF、α ₂ γ ₂ ）と呼ばれる変異ヘモグロビンは、発育中の胎児に見られ、成人ヘモグロビンよりも高い親和性で酸素を結合します。これは、胎児ヘモグロビンの酸素結合曲線が成人ヘモグロビンと比較して左にシフトしている（つまり、酸素分圧が低い状態で酸素が結合するヘモグロビンの割合が高い）ことを意味します。その結果、胎盤内の胎児の血液は母親の血液から酸素を取り込むことができます。

ヘモグロビンは分子のグロビン部分に一酸化窒素（NO）も含んでいる。これにより末梢での酸素供給が改善され、呼吸のコントロールに貢献している。NOはグロビンの特定のシステイン残基に可逆的に結合し、その結合はヘモグロビンの状態（RまたはT）に依存する。結果として生じるS-ニトロシル化ヘモグロビンは、血管抵抗、血圧、呼吸のコントロールなど、さまざまなNO関連活動に影響を与える。NOは赤血球の細胞質に放出されず、AE1と呼ばれる陰イオン交換体によって細胞外に輸送される。^[78]

ヘモグロビン変異体は、正常な胚および胎児の発達の一部である。また、遺伝的変異によって引き起こされる集団内の病的なヘモグロビン変異体である場合もある。鎌状赤血球貧血などのよく知られたヘモグロビン変異体は疾患の原因となり、異常ヘモグロビン症とみなされる。他の変異体は検出可能な病理を引き起こさないため、非病理的変異体とみなされる。^{[34] [79]}

胚の場合：

• _ガワー1（_ζ2ε2）。
• ガワー 2 (α ₂ ε ₂ ) ( PDB : 1A9W )。
• ヘモグロビン ポートランド I (ζ ₂ γ ₂ )。
• ヘモグロビン ポートランド II (ζ ₂ β ₂ )。

胎児の場合:

• ヘモグロビン F (α ₂ γ ₂ ) ( PDB : 1FDH )。

新生児（出生直後の新生児） の場合：

• ヘモグロビンA（成人ヘモグロビン）（α2β2 _）（PDB：1BZ0） – 最も一般的で、正常量は95 ％_以上
• ヘモグロビンA ₂（α ₂ δ ₂）-δ鎖の合成は妊娠後期後半に始まり、成人では1.5～3.5%の正常範囲である。
• ヘモグロビン F (胎児ヘモグロビン) (α ₂ γ _{2 ) – 成人では、ヘモグロビン F は F 細胞と呼ばれる限られた赤血球集団に限定されています。ただし、鎌状赤血球症や}ベータサラセミアの患者では Hb F のレベルが上昇することがあります。

病気で発生する異常な形態：

• ヘモグロビン D – (α ₂ β ^D ₂ ) – ヘモグロビンの変異型。
• ヘモグロビンH（β4 _） - β鎖の四量体によって形成されるヘモグロビンの変異型で、αサラセミアの変異体に存在する可能性があります。
• ヘモグロビンバーツ（γ ₄） - γ 鎖の四量体によって形成されるヘモグロビンの変異型で、α サラセミアの変異体に存在する可能性があります。
• ヘモグロビン S (α ₂ β ^S ₂ ) – 鎌状赤血球症の患者に見られるヘモグロビンの変異体。β 鎖遺伝子に変異があり、ヘモグロビンの特性が変化し、赤血球が鎌状になります。
• ヘモグロビン C (α ₂ β ^C ₂ ) – β 鎖遺伝子の変異による別の変異。この変異は軽度の慢性溶血性貧血を引き起こします。
• ヘモグロビン E (α ₂ β ^E ₂ ) – β 鎖遺伝子の変異による別の変異。この変異は軽度の慢性溶血性貧血を引き起こします。
• ヘモグロビン AS –成人遺伝子 1 つと鎌状赤血球病遺伝子 1 つを持つ、鎌状赤血球形質を引き起こすヘテロ接合型
• ヘモグロビン SC 病 – 鎌状赤血球遺伝子 1 つとヘモグロビン C をコードする別の遺伝子を持つ複合ヘテロ接合型。
• ヘモグロビン ホプキンス 2 – ヘモグロビンの変異体で、ヘモグロビン Sと組み合わせて鎌状赤血球症を引き起こすことがある。

赤血球は老化や欠陥により寿命を迎えると、脾臓や肝臓のマクロファージの貪食作用によって循環から除去されるか、循環内で溶血する。遊離ヘモグロビンは、単球またはマクロファージにのみ発現するヘモグロビントランスポーターCD163を介して循環から除去される。これらの細胞内でヘモグロビン分子は分解され、鉄はリサイクルされる。このプロセスでは、分解されたヘム1分子につき一酸化炭素分子も1分子生成される。^[80]ヘムの分解は、人体における唯一の一酸化炭素の天然発生源であり、通常の空気を吸っている人の血中一酸化炭素濃度が正常であるのは、このためである。^[81]

ヘムの分解によって生成される他の主な最終産物はビリルビンです。赤血球が通常よりも急速に破壊されている場合、血液中のこの化学物質の濃度の上昇が検出されます。不適切に分解されたヘモグロビンタンパク質、または血球から急速に放出されたヘモグロビンは、小血管、特に腎臓の繊細な血液濾過血管を詰まらせ、腎臓に損傷を与える可能性があります。鉄はヘムから除去され、後で使用するために回収され、組織内にヘモジデリンまたはフェリチンとして貯蔵され、トランスフェリンとしてベータグロブリンによって血漿中に輸送されます。ポルフィリン環が分解されると、その断片は通常、ビリルビンと呼ばれる黄色の色素として排泄され、胆汁として腸に排泄されます。腸はビリルビンをウロビリノーゲンに代謝します。ウロビリノーゲンは、ステルコビリンと呼ばれる色素となって糞便中に排出されます。グロブリンはアミノ酸に代謝され、その後循環に放出されます。

ヘモグロビン欠乏症は、貧血のようにヘモグロビン分子の量が減少すること、または各分子が同じ酸素分圧で酸素を結合する能力が低下することによって引き起こされる。異常ヘモグロビン症（ヘモグロビン分子の構造異常を引き起こす遺伝子欠陥）^[82]は、両方の原因となる可能性がある。いずれにしても、ヘモグロビン欠乏症は血液の酸素運搬能力を低下させる。ヘモグロビン欠乏症は、一般的に、血液中の酸素分圧の低下として定義される低酸素血症^{[83] [84] [85] [86]とは厳密に区別されるが、どちらも}低酸素症（組織への酸素供給不足） の原因となる。

ヘモグロビン値が低下するその他の一般的な原因としては、失血、栄養不足、骨髄障害、化学療法、腎不全、異常なヘモグロビン（鎌状赤血球症など）などが挙げられます。

各ヘモグロビン分子の酸素運搬能力は、通常、血液の pH または CO2 の変化によって変化し_、酸素-ヘモグロビン解離曲線が変化します。ただし、一酸化炭素中毒などでは病的に変化することもあります。

ヘモグロビンの減少は、赤血球の絶対的な減少の有無にかかわらず、貧血の症状を引き起こします。貧血にはさまざまな原因がありますが、西洋世界では鉄欠乏とその結果生じる鉄欠乏性貧血が最も一般的な原因です。鉄が不足するとヘムの合成が減少するため、鉄欠乏性貧血の赤血球は低色素性（赤いヘモグロビン色素が欠乏）で小球性（正常より小さい）になります。その他の貧血はまれです。溶血（赤血球の分解が加速）では、ヘモグロビン代謝物であるビリルビンによって黄疸が起こり、循環ヘモグロビンが腎不全を引き起こす可能性があります。

グロビン鎖の変異の中には、鎌状赤血球症やサラセミアなどの異常ヘモグロビン症に関連するものがあります。記事の冒頭で述べたように、その他の変異は良性であり、単にヘモグロビン変異体と呼ばれています。

ヘム合成の代謝経路の異常を特徴とするポルフィリン症として知られる遺伝性疾患のグループがあります。おそらく最も有名なポルフィリン症患者は イギリス国王ジョージ 3 世でしょう。

ヘモグロビン A は、各 β 鎖の末端バリン (アルファアミノ酸) でブドウ糖と少しずつ結合します。その結果生じる分子は、しばしばHb A _1c (糖化ヘモグロビン) と呼ばれます。ヘモグロビン内のアミノ酸へのブドウ糖の結合は、多くのタンパク質において自発的に (酵素の助けなしに) 起こり、有用な目的を果たすことは知られていません。ただし、血液中のブドウ糖の濃度が増加すると、Hb A が Hb A _1cに変わる割合が増加します。通常ブドウ糖値が高い糖尿病患者では、Hb A _1cの割合も高くなります。Hb A がブドウ糖と結合する速度が遅いため、Hb A _{1c の}割合は、赤血球の寿命 (約 120 日) にわたる血糖値の加重平均を反映します。^[87]したがって、グリコヘモグロビンのレベルは、慢性疾患である2型糖尿病（T2DM）の長期管理を監視するために測定されます。T2DMのコントロールが不十分な場合、赤血球中のグリコヘモグロビンのレベルが高くなります。正常基準範囲は約4.0～5.9％です。取得は困難ですが、T2DMの患者には7％未満の値が推奨されます。9％を超えるレベルはグリコヘモグロビンのコントロールが不十分であることに関連し、12％を超えるレベルは非常に悪いコントロールに関連しています。グリコヘモグロビンレベルを7％近くに維持している糖尿病患者は、糖尿病に伴う可能性のある合併症を回避する可能性がはるかに高くなります（レベルが8％以上の患者よりも）。^[88]さらに、グリコヘモグロビンの増加は酸素に対する親和性を高め、そのため組織での酸素の放出を防ぎ、極端な場合には低酸素症を引き起こします。^[89]

ヘモグロビン値の上昇は、赤血球の数や大きさの増加と関連しており、多血症と呼ばれます。この上昇は、先天性心疾患、肺性心、肺線維症、エリスロポエチンの過剰、または真性多血症によって引き起こされる可能性があります。^[90]また、高地への曝露、喫煙、脱水（Hbを濃縮して人工的に脱水）、進行した肺疾患、および特定の腫瘍によってもヘモグロビン値が高くなることがあります。^[53]

インドのポンディシェリで行われた最近の研究では、冠動脈疾患におけるその重要性が示されています。^[91]

ヘモグロビン濃度測定は、最も一般的に行われる血液検査の1つであり、通常は全血球計算の一部として行われます。たとえば、通常は献血の前または後に検査されます。結果はg / L、g/ dL、またはmol /Lで報告されます。1 g/dLは約0.6206 mmol/Lに相当しますが、後者の単位は分子のポリマー状態に関する不確実性のため、あまり使用されません。^[92]単一グロビン単位の分子量16,000 Daを使用するこの変換係数は、血液中のヘモグロビン濃度に対してより一般的です。MCHC（平均赤血球ヘモグロビン濃度）の場合、64,500 Daのテトラマー重量を使用する変換係数0.155がより一般的です。^[93]正常レベルは次のとおりです。

• 男性: 13.8～18.0 g/dL (138～180 g/L、または8.56～11.17 mmol/L)
• 女性: 12.1～15.1 g/dL (121～151 g/L、または7.51～9.37 mmol/L)
• 小児: 11～16 g/dL (110～160 g/L、または6.83～9.93 mmol/L)
• 妊婦：11～14 g/dL（110～140 g/L、または6.83～8.69 mmol/L）（妊娠中の通常値は9.5～15）^{[94] [b]}

妊婦のヘモグロビンの正常値は、妊娠第1期と第3期では少なくとも11 g/dL、第2期では少なくとも10.5 g/dLでなければなりません。^[96]

脱水または過水分は、測定されたヘモグロビン値に大きな影響を与える可能性があります。アルブミンは水分補給の状態を示します。

濃度が正常値を下回る場合、貧血と呼ばれます。貧血は、脊椎動物のヘモグロビンを含む赤血球の大きさによって分類されます。赤血球が小さい場合は「小球性」、大きい場合は「大球性」、それ以外の場合は「正球性」と呼ばれます。

ヘマトクリットは、血液量のうち赤血球が占める割合で、通常、g/dLで測定されたヘモグロビン濃度の約3倍です。例えば、ヘモグロビンが17g/dLと測定された場合、ヘマトクリットは51%になります。^[97]

実験室でのヘモグロビン検査法では、血液サンプル（動脈、静脈、毛細血管）と血液分析装置およびCOオキシメーターによる分析が必要です。さらに、侵襲的方法と同等の精度を持つ、パルスCOオキシメトリーと呼ばれる新しい非侵襲的ヘモグロビン（SpHb）検査法も利用可能です。^[98]

NIRSを使用すると、酸素ヘモグロビンと脱酸素ヘモグロビンの濃度を連続的、局所的、非侵襲的に測定できます。^{[99] [100] [101] [102] [103]} NIRSは頭部と筋肉の両方に使用できます。この技術は、例えばエリートスポーツのトレーニング、人間工学、リハビリテーション、患者モニタリング、新生児研究、機能的脳モニタリング、脳コンピューターインターフェース、泌尿器科（膀胱収縮）、神経学（神経血管結合）などの研究によく使用されます。

人間のヘモグロビン量は、100年以上使用されている非放射性の一酸化炭素（CO）再呼吸法で測定できます。この方法では、少量の純粋なCOガスを吸入し、数分間再呼吸します。再呼吸中、COは赤血球内のヘモグロビンに結合します。再呼吸期間後の血中COの増加に基づいて、希釈原理によってヘモグロビン量を決定することができます。^[104]

血糖濃度の長期的コントロールは、Hb A _1cの濃度で測定できます。血糖値は 1 日を通して大きく変動するため、直接測定するには多くのサンプルが必要になります。Hb A _{1c は、}ヘモグロビン A とグルコースの不可逆反応の産物です。グルコース濃度が高いほど、Hb A _1cが多くなります。反応が遅いため、Hb A _1cの割合は、赤血球の半減期 (通常約 120 日) にわたって平均した血液中のグルコース レベルを表します。Hb A _1cの割合が 6.0% 以下であれば、長期のグルコース コントロールが良好であることを示し、7.0% を超える値は高値です。この検査は、特に糖尿病患者に有効です。^[c]

機能的磁気共鳴画像（fMRI）装置は、常磁性体であるため磁場に敏感な脱酸素ヘモグロビンからの信号を使用します。NIRSとの組み合わせた測定では、BOLD信号と比較して、酸素ヘモグロビン信号と脱酸素ヘモグロビン信号の両方と良好な相関関係が示されています。^[105]

ヘモグロビンは非侵襲的に追跡することができ、日常活動の血液濃縮と血液希釈の影響を追跡する個別のデータセットを構築して、スポーツのパフォーマンスとトレーニングをよりよく理解することができます。アスリートは運動の持久力と強度を気にすることがよくあります。センサーは発光ダイオードを使用しており、組織を通して赤色光と赤外線を光検出器に放射し、光検出器はプロセッサに信号を送信してヘモグロビンタンパク質による光の吸収を計算します。^[106]このセンサーは、指にクリップで留める小さな感知装置で構成される パルスオキシメーターに似ています。

動物界と植物界全体の生物には、さまざまな酸素輸送タンパク質と酸素結合タンパク質が存在する。細菌、原生動物、真菌などの生物はすべてヘモグロビン様タンパク質を持っており、その既知および予測される役割には、気体リガンドの可逆的結合が含まれる。これらのタンパク質の多くはグロビンとヘム部分（平坦なポルフィリン支持体中の鉄）を含むため、全体的な三次構造が脊椎動物のヘモグロビンとは大きく異なっていても、ヘモグロビンと呼ばれることが多い。特に、下等動物では「ミオグロビン」とヘモグロビンを区別することが不可能な場合が多い。これは、これらの生物の一部には筋肉がないからである。あるいは、認識できる独立した循環系を持っているが、酸素輸送を扱う循環系を持っていない場合もある（例えば、多くの昆虫や他の節足動物）。これらすべてのグループでは、ガス結合を扱うヘム/グロビン含有分子（単量体グロビンのものも含む）は、オキシヘモグロビンと呼ばれる。酸素の輸送と感知に加えて、NO、CO2、硫化化合物、さらには嫌気性環境でのO2の除去も処理する可能性があります_。 [ 107 _]^ヘムを含むP450酵素やペルオキシダーゼに類似した方法で、塩素化物質の解毒も処理する可能性があります。

ヘモグロビンの構造は種によって異なります。ヘモグロビンはすべての生物界に存在しますが、すべての生物に存在するわけではありません。細菌、原生動物、藻類、植物などの原始的な種は、多くの場合、単一グロビンヘモグロビンを持っています。多くの線虫、軟体動物、甲殻類は、脊椎動物よりもはるかに大きい、非常に大きなマルチサブユニット分子を含んでいます。特に、菌類や巨大環形動物に見られるキメラヘモグロビンには、グロビンと他のタイプのタンパク質の両方が含まれている可能性があります。^[14]

生物におけるヘモグロビンの最も顕著な発生と用途の 1 つは、長さが 2.4 メートルに達し、海洋の火山噴出孔に生息する巨大なチューブワーム( Riftia pachyptila 、別名 Vestimentifera ) です。消化管の代わりに、これらのワームには、重量の半分を占める細菌の集団が含まれています。細菌は、噴出孔からのH ₂ S を水中のO _{2で酸化して、H 2} O と CO ₂から食物を作るためのエネルギーを生成します。ワームの上部は深紅色の扇状の構造 (「プルーム」) で、水中に伸びて、細菌のためにH ₂ S と O _{2 を吸収し、光合成植物と同様に合成原料として使用するために CO 2 を}吸収します。構造が鮮やかな赤色なのは、最大 144 個のグロビン鎖 (それぞれ関連するヘム構造を含む) を持つ非常に複雑なヘモグロビンがいくつか含まれているためです。これらのヘモグロビンは、硫化物の存在下で酸素を運ぶことができ、他のほとんどの種のヘモグロビンのように硫化物によって完全に「毒化」されたり阻害されたりすることなく、硫化物を運ぶことができるという点で注目に値します。^{[108] [109]}

ミオグロビン

ヒトを含む多くの脊椎動物の筋肉組織に存在し、筋肉組織に独特の赤色または暗灰色を与えます。構造と配列はヘモグロビンに非常に似ていますが、テトラマーではなく、協力的な結合を欠くモノマーです。酸素を輸送するのではなく、貯蔵するために使用されます。

ヘモシアニン

自然界で 2 番目に多い酸素輸送タンパク質で、多くの節足動物や軟体動物の血液中に存在します。鉄ヘム基の代わりに銅補欠分子族を使用し、酸素化されると青色になります。

ヘムエリスリン

一部の海洋無脊椎動物と環形動物のいくつかの種は、この鉄を含む非ヘムタンパク質を使用して血液中の酸素を運びます。酸素が供給されるとピンク色または紫色に見え、供給されないと透明になります。

クロロクルオリン

多くの環形動物に見られ、エリスロクルオリンと非常によく似ていますが、ヘム基の構造は大きく異なります。脱酸素状態のときは緑色、酸素状態のときは赤色になります。

ヴァナビン

バナジウムクロマゲンとしても知られ、ホヤの血液中に存在します。かつては、金属バナジウムを酸素結合補欠分子族として利用しているという仮説が立てられました。しかし、バナジウムを優先的に含んでいるにもかかわらず、酸素とはほとんど結合しないようで、他の何らかの機能があるようですが、その機能は解明されていません (ホヤにはヘモグロビンも含まれています)。毒素として作用する可能性があります。

エリスロクルオリン

ミミズを含む多くの環形動物に見られる、鉄とヘムを含むタンパク質サブユニットが数十、場合によっては数百個結合して単一のタンパク質複合体を形成している巨大な浮遊性血液タンパク質であり、分子量は 350 万ダルトンを超えます。

レグヘモグロビン

アルファルファや大豆などのマメ科植物では、根の中の窒素固定細菌は、この鉄ヘムを含む酸素結合タンパク質によって酸素から保護されています。保護される特定の酵素はニトロゲナーゼであり、これは遊離酸素の存在下では窒素ガスを還元することができません。

コボグロビン

合成コバルトベースのポルフィリン。コボプロテインは酸素化されると無色になりますが、静脈内にあると黄色になります。

非赤血球系細胞（赤血球系以外の細胞）の中にはヘモグロビンを含むものがあります。脳では、黒質のA9ドーパミン作動性ニューロン、大脳皮質と海馬のアストロサイト、すべての成熟したオリゴデンドロサイトがこれに含まれます。^[12]これらの細胞の脳ヘモグロビンは「酸素を貯蔵して無酸素状態で恒常性メカニズムを提供する可能性があり、これは代謝が活発でエネルギー生産の必要性が高いA9ドーパミン作動性ニューロンにとって特に重要です」と示唆されています。^[12]さらに、「A9ドーパミン作動性ニューロンは、ミトコンドリアの活発な活動に加えて、自動酸化による過酸化水素の生成やモノアミン酸化酵素（MAO）を介したドーパミンの脱アミノ化、それに続くアクセス可能な第一鉄の反応による毒性の高いヒドロキシルラジカルの生成によって引き起こされる強い酸化ストレス下にあるため、特に無酸素性変性のリスクが高い可能性がある」とも指摘されている。^{[12]これは、}パーキンソン病におけるこれらの細胞の変性リスクを説明できるかもしれない。^[12]これらの細胞内のヘモグロビン由来の鉄は、これらの細胞の死後の黒色の原因ではなく（ラテン語名の由来であるsubstantia nigra ）、むしろ神経メラニンによるものである。

脳以外では、ヘモグロビンは抗酸化物質として、またマクロファージ^{[110] 、}肺胞細胞^[111]、腎臓のメサンギウム細胞^[112]における鉄代謝の調節因子として、酸素を運搬する以外の機能を果たしています。

歴史的に、血と錆の色の関連は、火星とローマの戦争の神との関連に見られる。火星は赤橙色で、古代人に血を連想させたからである。火星の色は火星の土壌中の酸素と結合した鉄化合物によるものだが、ヘモグロビンとその酸化物に含まれる鉄が血液に赤い色を与えているというのはよくある誤解である。この色は実際には鉄が結合しているヘモグロビンのポルフィリン 部分によるもので、鉄そのものではない。^[113]鉄の連結反応と酸化還元状態はポルフィリンのπからπ*、またはnからπ*への電子遷移、ひいてはポルフィリンの光学特性に影響を与える可能性があるが。

芸術家ジュリアン・フォス・アンドレーは、2005年にタンパク質の骨格をベースにした「鋼鉄の心（ヘモグロビン）」という彫刻を制作した。この彫刻はガラスと耐候性鋼で作られている。最初は光沢があった芸術作品が意図的に錆びているのは、酸素が鉄に結合するというヘモグロビンの基本的な化学反応を反映している。^{[114] [115]}

モントリオールの芸術家ニコラス・ベイヤーは、ヘモグロビン分子の構造を示すステンレス鋼の彫刻「ルスター（ヘモグロビン）」を制作した。これはモントリオールのマギル大学健康センターの研究センターのアトリウムに展示されている。彫刻の大きさは約10メートル×10メートル×10メートルである。^{[116] [117]}

• カルバミノヘモグロビン（CO2と結合した_Hb）
• 一酸化炭素ヘモグロビン（CO に関連する Hb）
• クロロフィル（Mgヘム）
• 全血球数
• デルタグロビン
• ヘモグロビン測定器
• ヘムタンパク質
• メトヘモグロビン（鉄ヘモグロビン、またはフェリヘモグロビン）
• オキシヘモグロビン（二原子酸素を含む、血のように赤い色）
• Tegillarca granosa - 「血のハマグリ」
• バスカ錯体–_酸素と可逆的に結合する能力で知られるイリジウム有機金属錯体