Hemoglobina jest zbudowana z białka zwanego globiną i barwnego składnika — hemu. Udało się nawet ustalić budowę hemu otrzymać go syntetycznie. Hem jest pochodną związków porfirynach, zbudowanych z symetrycznego układu czterech pierścieni pyrolowych. Pyrol jest to związek pierścieniowy, pięcioczłonowy, zawieraj jacy azot w swym pierścieniu. Żelazo występujące w hemoglobinie łatwo łączy się z tlenem. Hemoglobina po związaniu z tlenem przechodzi w oksyhemoglobinę; reakcja ta jest odwracalna. Dzięki niej 100 ml krwi może związać około 20 cm3 tlenu. Jest to 80 razy więcej niż może rozpuścić się go w sensie fizycznym w takiej samej objętości osocza. Utlenienie hemoglobiny następuje w pęcherzykach płucnych. Zjawisko to jest uwarunkowane większym ciśnieniem cząstkowym tlenu w pęcherzykach niż we krwi. Natomiast przekazywanie tlenu tkankom zachodzi dzięki większemu ciśnieniu cząstkowemu we krwi niż w tkankach. Oba te procesy przedstawione są w sposób poglądowy na rysunku, gdzie uwzględniono wartości liczbowe ciśnienia cząstkowego tlenu oraz dwutlenku węgla zarówno we krwi, jak w tkankach. Hemoglobina występuje u wszystkich kręgowców i niektórych bezkręgowców. Barwnik ten różni się jednak swymi właściwościami u poszczególnych zwierząt. Różnorodność tę powodują różnice w budowie chemicznej białka globiny, a nie hemu, który u wszystkich kręgowców ma jednakową budowę. Hemoglobina żaby np. jest inna niż ssaków. U niektórych pierścienic występuje zielony barwnik podobny do hemoglobiny — chlorokruoryna. Składa się on podobnie jak hemoglobiny z porfiryny, o nieznanej jednak budowie; występuje w połączeniu liazem. U niektórych skorupiaków i mięczaków występuje barwa zwany hemocyjaniną. Związek ten zawiera zamiast żelaza miedź i je niebieskiego koloru. Barwniki z grupy hemoglobiny są u niektórych zwierząt (bezkręgowców) rozpuszczone w płynnej części krwi lub hemolimfie. Cząsteczki barwników rozpuszczonych we krwi są znacznie większe od cząsteczki barwników zawartych w krwinkach. Zatrzymanie barwników co na jedno wychodzi, przeszkadzanie w wydostaniu się ich cząsteczek przez cieniutkie ścianki naczyń osiągane jest w dwojaki sposób: al w drodze zwiększenia cząsteczek do olbrzymich rozmiarów (barwni rozpuszczone we krwi), albo przez zamknięcie ich w krwinkach. Zostało to potwierdź w doświadczeniach wykonanych na psach i kotach, u których krew wykonaniu upustu zastępowano roztworem fizjologicznym zawiera cym odpowiednie związki białkowe i hemoglobinę uzyskaną z erytrocytów tychże zwierząt. Zwierzęta te tylko przez krótki okres cz utrzymywały się przy życiu. Przyczyną ich śmierci było przechodzę hemoglobiny z naczyń. Krew ludzka zawiera około 50—60% objętości dwutlenku węgla, pi czym krew żylna — ciemna, zawiera go zwykle więcej niż tętnicza jasna. W jaki sposób organizm wydala niepotrzebny dwutlenek węgla? Proces ten jest dość skomplikowany i przebiega w kilku etapach. D tlenek węgla łączy się z hemoglobiną, dając nietrwały związek karboksyhemoglobinę. Niewielka ilość dwutlenku węgla rozpuszczona w osoczu w postaci gazowej, pozostała zaś reszta łączy się z wodą w kwas węglowy. W związku z procesami przemiany materii w organizmie wytwarza się duża ilość dwutlenku węgla. Należałoby przypuszczać, że w związku z tym nagromadza się w zwiększonej ilości kwas węglowy, który powoduje zakwaszenie krwi, co nie byłoby przecież pożądane. Ale jak wiadomo, krew w normalnych warunkach zachowuje odczyn obojętny, nieznacznie przesunięty w kierunku zasadowym. Jak pogodzić powyższe fakty ze sobą? Dlaczego pomimo wytwarzania kwasu węglowego nie występuje zakwaszenie organizmu? Jest to możliwe jedynie dlatego, że kwas węglowy jest kwasem bardzo słabym i nietrwałym, łatwo ulegającym rozpadowi na dwutlenek węgla i wodę . W takiej postaci głównie dwutlenek węgla jest przenoszony do płuc. Tam następuje rozkład, a wyzwolony dwutlenek węgla uchodzi wraz z powietrzem wydychanym. Wytworzone kwaśne węglany spełniają jeszcze dodatkową rolę. Tworzą łącznie z kwasem węglowym układ buforowy, częściowo warunkujący utrzymanie stałego stężenia jonów wodorowych . Układy buforowe są mieszaninami słabych kwasów i ich soli z mocnymi zasadami lub odwrotnie — "słabych zasad i ich soli z mocnymi kwasami. Układy te zapobiegają całkowicie lub zmniejszają przesunięcie pH przy dodaniu kwasu lub zasad. Przy tym zasada zostaje zobojętniona nadmiarem słabego kwasu, a kwas zobojętnia się, wypierając słabszy kwas z jego soli. Przykładowo możemy to sobie wyobrazić w sposób następujący. W utrzymaniu tej normy odgrywają dużą rolę nerki, które zapobiegają wydalaniu jonów sodu i potasu przez wymianę ich na niepotrzebne jony amonowe NH4. Stała wartość pH płynów ustrojowych, a więc i krwi, pomimo spożywania najrozmaitszych kwaśnych i zasadowych pokarmów utrzymywana jest właśnie przez obecne we krwi mieszaniny buforowe, z których najważniejsze są kwas węglowy i kwaśne węglany, fosforany jednometaliczne i dwumetaliczne oraz rozmaite ciała białkowe i aminokwasy. Właściwości buforowe cieczy ustrojowych nie są jednakowe u wszystkich zwierząt. U niższych są one wyrażone dość słabo, w miarę jednak zmian ewolucyjnych wyraźnie wzrastają. Biorąc pod uwagę, że zasadnicza rola buforów krwi polega na wiązaniu kwaśnych produktów przemiany materii, można sądzić, iż buforowe własności krwi są lepiej rozwinięte u organizmów z intensywną przemianą. Własności buforowe krwi organizmów stałocieplnych powinny być większe niż zmienno-cieplnych. Hemoglobina może także łączyć się z tlenkiem węgla w tym samym stosunku co z tlenem. Połączenie to jest trwałe i z trudnością daje się rozerwać. Zablokowana przez tlenek węgla hemoglobina nie może przenosić tlenu. Tkanki w takich przypadkach „duszą się", co w rezultacie prowadzi do śmierci organizmu. Ze zjawiskiem zablokowania hemoglobiny przez tlenek węgla spotykamy się u ludzi, którzy ulegli zaczadzeniu lub zatruciu gazem świetlnym. W warunkach fizjologicznych w osoczu znajduje się minimalna ilość, wolnej hemoglobiny. W niektórych jednak okolicznościach występują zmiany w błonie komórkowej prowadzące do uwalniania hemoglobiny z erytrocytów. Zjawisko to nazywamy hemolizą. Pewne substancje chemiczne, takie jak eter, alkohol, benzen, fenol, preparaty arsenowe, powodują hemolizę krwi. Jady bakteryjne i pasożytnicze oraz trucizny zawarte w jadach niektórych wężów i owadów również uszkadzają te komórki. Erytrocyty zawarte w osoczu zdrowego osobnika zachowują stale swój kształt, gdyż ciśnienie uwarunkowane stężeniem substancji rozpuszczonych w nich i w osoczu jest równe. Istnieje tu więc izotoniczne ciśnienie osmotyczne. Równowaga ta jest głównie uzależniona od odpowiedniej zawartości potasu wewnątrz erytrocytu i sodu w osoczu. Sztucznym płynem o izotonicznym ciśnieniu dla erytrocytów ssaków jest 0,9% roztwór soli kuchennej (chlorek sodu) w wodzie destylowanej lub 5% roztwór glikozy. Płyny te nazywamy roztworami fizjologicznymi. Przeniesione do nich erytrocyty nie zmieniają kształtu. Natomiast, jeżeli w roztworze fizjologicznym zwiększymy zawartość chlorku sodu, to płyn taki przestanie być izotoniczny i znajdujące się w nim erytrocyty kurczą się, przybierając kształt morwowaty. Zjawisko to następuje wskutek ucieczki wody z erytrocytu do płynu otaczającego w dążeniu do zrównania stężenia soli ze środowiskiem otaczającym. Roztwory takie nazywamy hypertonicznymi. Odmiennie zachowują się erytrocyty w środowiskach hypotonicznych, tj. w roztworach o mniejszym stężeniu substancji niż w płynach fizjologicznych, np. w roztworze chlorku sodu niższym niż 0,9% w osoczu rozwodnionym itp. Erytrocyty w takich roztworach dążąc do wyrównania własnego ciśnienia osmotycznego z ciśnieniem środowiska pobierają wodę. Powoduje to pęcznienie krwinek, zwiększenie ich objętości i zmianę kształtu, który staje się kulisty. Nadmierne pęcznienie może doprowadzić do pękania błony komórkowej, wywołując zjawisko hemolizy, tj. wyzwalania się hemoglobiny z erytrocytów. W warunkach fizjologicznych błona erytrocytów ma właściwość, wybiórczego przepuszczania ze środowiska do wnętrza komórki potrzebnych substancji i usuwania zbędnych. Przekonano się poza tym, że błona ta jest przepuszczalna dla wielu związków chemicznych, które przenikają jednak z różną szybkością. Woda i niektóre substancje drobnocząsteczkowe przechodzą do krwinki bardzo szybko. Jony posiadające ładunek elektryczny dodatni przenikają wolniej niż obdarzone ładunkiem ujemnym . Błona erytrocytów jest nieprzepuszczalna dla takich substancji, jak hemoglobina i białka osocza. Erytrocyty w organizmie utrzymują się w osoczu w charakterze zawiesiny dzięki temu, że krew znajduje się w ciągłym ruchu. Natomiast we krwi pobranej do probówki obserwuje się ich opadanie. Zauważono także, że występują pewne różnice związane z płcią. U mężczyzn opadanie krwinek jest wolniejsze niż u kobiet. Na podstawie powyższych rozważań możemy stwierdzić, że erytrocyty mają wiele ciekawych właściwości. Pamiętać należy, że najważniejszym zadaniem erytrocytów jest udział w procesach oddychania. Natomiast krwinki białe — leukocyty, stanowią armię wykorzystywana do samoobrony organizmu przed szkodliwymi czynnikami wnikającymi ze środowiska zewnętrznego.