Hemo biosintezė yra cheminių sąveikų, dėl kurių susidaro hemo, serija. Baltymų biologiniam aktyvumui būtinas kofaktorius hemas veikia kaip hemeproteinų protezų grupė. Šie hemeproteinai yra atsakingi už dviatominių dujų transportavimą ir aptikimą, elektronų perdavimą ir cheminę katalizę organizme.
Hemo biosintezės procesas prasideda mitochondrijose, kurios yra ląstelės dalys, gaminančios energiją. Gliciną ir sukcinilo kofermentą A kondensuoja greitį ribojantis fermentas 5-aminolevulino rūgšties sintazė (ALA), o vitaminas B6 yra kofermentas. Dėl šios sąveikos susidaro D-aminolevulino rūgštis (dALA), kuri vėliau transportuojama į citozolį.
Citozolyje dvi D-aminolevulino rūgšties molekulės susijungia ir yra dimerizuojamos aminolevulino rūgšties dehidratazės, kad susidarytų pirolio žiedo junginys porfobilinogenas (PBG). Deamininimas porfobilinogeno deaminaze sujungia keturias porfobilinogeno molekules į hidroksimetilbilaną (HMB), linijinį tetrapirolį. Tada hemo biosintezė tęsiasi hidroksimetilbilaną hidrolizuojant į uroporfrinogeną III su uroporfrinogeno III sintaze. Dėl šios konversijos tetrapirolis užsidaro ir susidaro žiedas.
Paskutinis hemo biosintezės etapas, vykstantis citozolyje, yra karboksilo grupių pašalinimas iš uroporfrinogeno III uroporfrinogeno III dekarboksilaze, gaminant anglies dioksidą ir koproporfirinogeną III. Tada sintezė transportuojama atgal į mitochondrijas, kur koproporfirinogeno oksidaze pašalinus karboksilo grupę ir du vandenilio atomus iš koproporfirinogeno III, susidaro protoporfirinogenas IX. Tada protoporfirinogeno IX oksidazė pašalina šešis vandenilio atomus iš protoporfirinogeno IX ir gamina protoporfiriną IX. Galiausiai ferrochelatazė įterpia geležies atomą į protoporfiriną IX, todėl susidaro hemas.
Pasibaigus hemo biosintezei, hemas jungiasi su baltymu, kad atliktų tam tikrą funkciją. Dažnas to pavyzdys yra hemoglobinas, specializuotas hemeproteinas, sudarytas iš hemo ir keturių globino grandinių. Hemoglobinas yra pagrindinė raudonųjų kraujo kūnelių sudedamoji dalis ir suteikia ląstelėms raudoną spalvą. Raudonuosiuose kraujo kūneliuose hemoglobinas perneša deguonį į kūno audinius, kur jis išleidžiamas naudoti. Tada hemoglobinas perneša anglies dioksidą iš audinių, kad būtų išleistas į plaučius.
Hemo biosintezė sutrinka dėl geležies trūkumo, nes trūksta geležies atomų. Vėliau hemos negali būti sintetinamas, o hemoglobinas nesusidaro. Jei anemija yra pakankamai sunki, ji išsivystys dėl funkcionalių raudonųjų kraujo kūnelių, turinčių pakankamai hemoglobino, reikalingo deguonies kiekio transportuoti į audinius, trūkumo. Geležies trūkumas, užkertantis kelią hemo biosintezei, turi daug priežasčių, įskaitant lėtinį kraujo netekimą, padidėjusį kūno poreikį, pavyzdžiui, nėštumo metu, geležies malabsorbciją ir netinkamą mitybą, kurioje trūksta geležies turinčio maisto.