J．莫诺指出别构效应是通过蛋白质的构象变化而实现的。在当时对于酶的构象还缺乏详尽了解，而血红蛋白的精细的空间结构已由M．F．佩鲁茨阐明。血红蛋白是一个别构蛋白质，经过深入研究，已能用它的构象变化来阐明别构效应的机制。它的别构效应表现在：①氧结合的正协同性，氧饱和曲线与氧分压的关系呈S型曲线，表明在第1个亚基与O2结合后其他亚基与O2的相继结合越来越容易，第4个亚基的氧结合常数可比第1个的大数百倍。这是因为第1个亚基结合O2后引起血红蛋白分子的构象变化，促使其他亚基与O2结合。O2的释放过程也是如此，第1个O2释放使留下的O2更易释放。②H+浓度升高（pH降低）使血红蛋白与 O2的亲和力变小（玻尔效应），促进O2的释放。③在恒定pH下CO2能降低血红蛋白与O2的亲和力。④人红细胞中含有的2、3二磷酸甘油酸（BPG），也能降低O2的亲和力。⑤血红蛋白与O2的结合也能抑制其与H+，CO2和BPG的结合。
根据J．莫诺等提出的别构理论，别构酶处于两种构象状态，即紧张态（T态）和松弛态（R态），T态与底物的亲和力低，R态与底物的亲和力高。X射线衍射分析证明了脱氧血红蛋白Hb和氧合血红蛋白HbO2在构象上的差异。Hb4个亚基（α2β2）之间至少有8对盐桥相联系，紧张态（T态）时O2的结合受到障碍，而在氧结合时这些盐桥被逐步破坏，生成的HbO2结构松散，属于R态，易与O2结合。这就是氧合时协同效应的基??
血红蛋白氧合时构象变化的要点如下：血红素中的铁与O2结合时随即进入卟啉环平面内，将邻近的原来倾斜的组氨酸F8拉直，并带动附近肽链的运动，结果导致αβ亚基相对于另一对αβ亚基转动15°角（。如果将 4个亚基标记为α1。α2，β1和β2，则α2β2之间和G沙之间两个接触面较牢固，没有改变，变动最大的是α1β2（或α2β1）之间的接触面，α1β2（α2β1）界面的变动是T态向R态转变的开关（反之亦然）。在T态向R态转变时，盐桥破坏，当O2释放时，又通过该界面的滑动，盐桥重新恢复，R态又能转变成T态。α1β2（α2β1）界面的氨基酸序列是相当保守的，如在这一序列范围内发生突变则对别构效应有较大影响。
利用别构理论6T以解释血红蛋白的一系列特殊的性质，例如波尔效成的分子机制是当H+浓度增高时，主要使卜亚基 C-末端的卜146 HiS侧链咪浚基（占波尔效应的40%），α亚基N-末端氨基（占25%），和α122His（占10%）以及其他组氨酸或赖氨酸的质子化，这样加强了盐桥，稳定了T态，O2不易结合。由于在Hb中β-146His受邻近的β-94ASP负电荷的影响更易质子化，而在HbO2中该His远离β-94ASP，质子化倾向降低。所以 H+与Hb的亲和力要比与HbO2的亲和力更强。
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