（1）正常成人血红蛋白是由二条α链和二条β链相互结合成的四聚体，镰刀型细胞贫血症是因为血红蛋白β链中N端第六个氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，即由CTT变成CAT。
（2）由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替，致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区，HbS形成管状凝胶结构，导致红细胞扭曲成镰刀状（即镰变）。这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管，加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大，阻塞毛细血管，引起局部组织器官缺血缺氧，产生脾肿大、胸腹疼痛等临床表现。
（3）蛋白质的结构决定其功能，一级结构（氨基酸序列）决定其高级结构。

包括静电结合，沟区结合，嵌插结合。