الهيموغلوبين هو بروتين نقل الأكسجين في خلايا الدم الحمراء، وهو عبارة عن رباعي وكل سلسلة من السلاسل الأربعة تحتوي على مجموعة هيم. من المثير للاهتمام ملاحظة أن مجموعات الهيم الأربع في الهيموغلوبين لا تعمل بشكل مستقل. إن إطلاق (وربط) الأكسجين هو عملية تعاونية، مما يعني أن فقدان (أو امتصاص) جزيء الأكسجين الأول يؤدي إلى إطلاق الجزيئات الثلاثة المتبقية. النموذج الحالي لربط الأكسجين في الهيموغلوبين والميوجلوبين يمكن تفسيره بالطريقة التالية: يحتوي الشكل غير المؤكسج على مركز حديد ثنائي التكافؤ عالي الدوران، والذي بسبب حجمه لا يشكل مستوى مع ذرات النيتروجين الأربع المانحة. بدلاً من ذلك، يقع قليلاً فوق المستوى، ويجذب نحو بقايا الهيستيدين. بمجرد دخول الأكسجين مقابل بقايا الهيستيدين، يتأكسد مركز الحديد إلى مركز حديد ثلاثي التكافؤ منخفض الدوران ويتم اختزال الأكسجين إلى [O2]-. كلا النوعين يحتويان على إلكترون غير مزدوج. يتحرك الحديد ثلاثي التكافؤ منخفض الدوران إلى المستوى ويسحب بقايا الهيستيدين للأسفل. وهذا يؤثر على سلسلة البروتين المتبقية ويحفز امتصاص/إطلاق الأكسجين في مجموعات الهيم الثلاث الأخرى. الهيموغلوبين هو أهم بروتين تنفسي للفقاريات لقدرته على نقل الأكسجين من الرئتين إلى أنسجة الجسم، وتسهيل نقل ثاني أكسيد الكربون العائد. يستخدم كعامل تلوين لأطعمة الحيوانات الأليفة، ومصدر طبيعي للحديد للمكملات الغذائية، ومصدر بروتين للحيوانات غير المجترة، وكمادة خام لإنتاج مشتقات البورفيرين الصيدلانية.