Kyslík přenáší červené krevní barvivo (hemoglobin) obsažené v červených krvinkách. Kyslík a oxid uhličitý se sice v krvi v malém množství i volně rozpouštějí, ale přesto se podstatná část plynů váže velmi volnými vazbami na krevní barvivo.

Kyslík se váže na železo obsažené v hemoglobinu a snadno se z této vazby ve tkáních uvolňuje. Sloučenina kyslíku s hemoglobinem se nazývá oxyhemoglobin.

Množství kyslíku, které se váže na hemoglobin je dáno poměrným (parciálním) tlakem a vyjadřuje jej tzv. vazebná křivka kyslíku: stoupá-li napětí kysíku, vzrůstá množství vázaného kyslíku a naopak. Množství kyslíku volně rozpuštěného v plazmě je bezvýznamné.

Ve 100 ml krve je asi 16 gramů hemoglobinu, který je schopen vázat asi 20 ml kyslíku. Je-li veškerý hemoglobin "obsazen" molekulami kyslíku, mluvíme o 100 % nasycení krve kyslíkem. U člověka žijícího v Praze (182 m nadmořské výšky) je sycení krve asi 98 %.

Přenos a vazba oxidu uhličitého

Přenos i vazba oxidu uhličitého je složitější než přenos kyslíku.

Oxid uhličitý je totiž vázán trojím způsobem:

1. Je volně rozpuštěn v krevní plazmě v daleko větším množství než kyslík. (Až 5 % veškerého CO2 v krvi.)
2. Slučuje se s hemoglobinem. Váže se na část molekuly hemoglobinu a tvoří tak sloučeninu karbaminohemoglobinu. (Asi 10 % CO 2 v krvi.)
3. Největší část oxidu uhličitého (asi 85 %) se váže v krevní plazmě ve formě uhličitanů.

I obsah oxidu uhličitého v krvi závisí na jeho napětí a tuto závislost vyjadřuje vazebná křivka oxidu uhličitého, která není esovitě prohnutá jako vazebná křivka kyslíku, ale plynule stoupá.

Vzájemný vztah kyslíku a oxidu uhličitého v krvi je takový, že oba plyny se ve vazbě vzájemně podporují: Stoupá-li množství oxidu uhličitého v krvi, zvyšuje se uvolňování kyslíku do tkání. Klesá-li množství kyslíku v krvi, krev váže větší množství oxidu uhličitého. Úbytek CO2 v plicích tedy usměrňuje vazbu kyslíku na červené krevní barvivo.