El dióxido de carbono (CO2) se produce en los tejidos como subproducto del metabolismo normal. Se disuelve en la solución del plasma sanguíneo y en los glóbulos rojos (RBC), donde la anhidrasa carbónica cataliza su hidratación a ácido carbónico (H2CO3). A continuación, el ácido carbónico se disocia espontáneamente para formar iones de bicarbonato (HCO3-) y un ion hidrógeno (H+). En respuesta a la disminución de la pCO2 intracelular, se difunde más CO2 de forma pasiva al interior de la célula.
Las membranas celulares son generalmente impermeables a los iones cargados (es decir, H+, HCO3- ) pero los glóbulos rojos son capaces de intercambiar bicarbonato por cloruro utilizando la proteína intercambiadora de aniones Banda 3. Por lo tanto, el aumento del bicarbonato intracelular conduce a la exportación de bicarbonato y al consumo de cloruro. El término «cambio de cloruro» se refiere a este intercambio. En consecuencia, la concentración de cloruro es menor en la sangre venosa sistémica que en la sangre arterial sistémica: la pCO2 venosa elevada conduce a la producción de bicarbonato en los glóbulos rojos, que luego sale de los glóbulos rojos a cambio de la entrada de cloruro.
El proceso opuesto ocurre en los capilares pulmonares de los pulmones cuando la PO2 aumenta y la PCO2 disminuye, y se produce el efecto Haldane (liberación de CO2 de la hemoglobina durante la oxigenación). Esto libera iones de hidrógeno de la hemoglobina, aumenta la concentración de H+ libre dentro de los glóbulos rojos y desplaza el equilibrio hacia la formación de CO2 y agua a partir del bicarbonato. La subsiguiente disminución de la concentración de bicarbonato intracelular invierte el intercambio cloruro-bicarbonato: el bicarbonato entra en la célula a cambio del cloruro que sale. El movimiento hacia el interior del bicarbonato a través del intercambiador de Banda 3 permite que la anhidrasa carbónica lo convierta en CO2 para su espiración.
El desplazamiento del cloruro también puede regular la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno a través del ion cloruro que actúa como un efector alostérico.