Bij sikkelcelziekte leidt een genetische mutatie tot een defect in de productie van de beta-globineketen van hemoglobine, het zuurstofdragende eiwit in de rode bloedcellen. Het normale bèta-globine-gen produceert een eiwit dat bèta-globine wordt genoemd en dat zich combineert met alfa-globine om hemoglobine A te vormen, de meest voorkomende vorm van hemoglobine bij volwassenen.

Bij sikkelcelziekte resulteert een enkele nucleotideverandering in het DNA van het betaglobinegen in de productie van een defect betaglobine-eiwit dat bèta-S-globine wordt genoemd. Deze verandering zorgt ervoor dat het hemoglobinemolecuul langwerpig en stijf wordt, waardoor abnormale sikkelvormige rode bloedcellen worden gevormd.

Deze sikkelvormige rode bloedcellen hebben een kortere levensduur vergeleken met normale rode bloedcellen, die doorgaans rond en flexibel zijn. Ze hebben ook de neiging om samen te klonteren, wat kleine bloedvaten kan blokkeren en tot verschillende complicaties kan leiden, waaronder episoden van pijn, weefselschade en orgaanfalen.

Het defect in het eiwit bij sikkelcelziekte beïnvloedt de algehele functie van hemoglobine en het vermogen van rode bloedcellen om zuurstof effectief naar verschillende delen van het lichaam te transporteren. Dit kan leiden tot een reeks symptomen en complicaties die kenmerkend zijn voor sikkelcelziekte, waaronder bloedarmoede, vermoeidheid, infecties en andere gezondheidsproblemen op de lange termijn.