Η τρισδιάστατη δομή μιας πρωτείνης που έχει δύο ή περισσότερες πολυπεπτιδικές αλυσίδες συνδεμένες μεταξύ τους μη ομοιοπολικά (υπομονάδες), καλείται τεταρτοταγής δομή. Οι υπομονάδες μπορούν να είναι πανομοιότυπες ή διαφορετικές.
Τυπικό παράδειγμα τεταρτοταγούς αποτελεί η αιμοσφαιρίνη (Hb), ο μεταφορέας του οξυγόνου στο αίμα. Η αιμοσφαιρίνη ενηλίκου είναι μια τετραμερής σφαιρική πρωτεΐνη που περιέχει δύο τύπους σφαιρίνης: δύο α αλυσίδες και δύο β αλυσίδες. Οι τέσσερις υπομονάδες (α1,α2, β1, β2) συγκρατούνται μεταξύ τους με ιοντικούς δεσμούς. Οι όμοιες αλυσίδες διατάσσονται η μία απέναντι από την άλλη γύρω από μία κεντρική κοιλότητα.
Το μεγαλύτερο ποσοστό των δευτεροταγών δομών κάθε μορίου σφαιρίνης είναι α-έλικες και δεν υπάρχουν β-πτυχωτές επιφάνειες.
Κάθε υπομονάδα σφαιρίνης έχει μία προσθετική ομάδα αίμης (ένα μόριο πρωτοπορφυρίνης ΙΧ συνδεμένο με ένα ιόν Fe2+), η οποία δίνει στην αιμοσφαιρίνη και το αίμα το κόκκινό τους χρώμα. Η ομάδα της αίμης έχει επίπεδο σχήμα.
Συνολικά υπάρχουν 4 προσθετικές ομάδες αίμης, μία ανά πολυπεπτιδική αλυσίδα. Στους πνεύμονες, όπου το οξυγόνο είναι άφθονο, ένα μόριο οξυγόνου προσδένεται στο Fe2+ κάθε ομάδας αίμης. Το ιόν Fe2+ συναρμόζεται και με το άζωτο Ν της πλευρικής αλυσίδας ενός καταλοίπου ιστιδίνης His. Το αποτέλεσμα είναι η πλήρης και ταχύτατη οξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης. Στη συνέχεια, το οξυγόνο αποδίδεται στους ιστούς. Έτσι,κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης δεσμεύει και μεταφέρει 4 μόρια οξυγόνου.
