ヘモグロビンは大きな結晶をつくるので

X線回折による研究が早く進み、イギリスのケンドルーらによって1960~62年に一次、二次、三次、四次構造が確定された。

また、ポリペプチド鎖のアミノ酸配列はヒトをはじめ、サル、ウシ、ウマ、ブタなどのヘモグロビンですでに決定されており、各種の動物にわたって共通した部分が多く、それらはヘモグロビンの活性維持にとくに重要な部分とみられ、種によって異なる部分は、進化過程に関連するものとして注目されている。
さらに、立体構造と機能との関係なども明らかにされている。

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