膠原的生物合成
結締組織中的原膠原分子主要由成纖維細胞合成，軟骨中膠原由軟骨細胞合成，骨膠原來自成骨細胞，基底膜中膠原則由上皮或內皮細胞合成。膠原的生物合成可分為細胞內和細胞外兩大階段。
1.細胞內合成階段
在結締組織細胞中，首先是按蛋白質合成的原則先合成一條很長的，約1400個氨基酸殘基的肽鏈，稱為溶膠原蛋白，而后轉入內質網中進行羥基化和糖基化修飾。
(1)羥基化修飾
膠原分子組成中含有羥脯氨酸和羥賴氨酸，這兩種氨基酸并無遺傳密碼、反密碼及tRNA引導入肽鏈，而是在內質網中，由脯氨酸、賴氨酸殘基經羥化生成的。由脯氨酸羥化酶(prolyl hydroxylase)和賴氨酸羥化酶(lysyl hydroxylase)催化，此酶為加單氧酶，需Fe++和維生素C為輔因子，α-酮戊二酸作輔底物。如脯氨酸的羥化反應：
此羥化反應中需分子氧，缺氧會妨礙膠原的生成，因而缺氧可使傷口愈合延遲。而維生素C是維持羥化酶活性所必需的，缺乏維生素C，膠原合成不能形成正常的纖維，可出現皮膚結節，血管脆弱及傷口愈合緩慢等癥狀。羥化作用對三股螺旋的堅固性有重要作用，羥化不足的鏈在體溫下不能形成堅固的三股螺旋，因而不能從細胞內排出。
(2)糖基化修飾
膠原分子中含有共價連接的糖基，根據組織不同，糖含量可達0.4－12%。其中糖基主要為葡萄糖、半乳糖及它們的雙糖。在內質網中由半乳糖基轉移酶及葡萄糖基轉移酶催化將糖基聯于5－羥賴氨酸殘基上。
糖基化的作用目前尚未完全闡明，研究發現這些糖基位于膠原纖維中原膠原的接頭處。推測糖基化與纖維的定向排列有關。
經羥基化和糖基化修飾的溶膠原蛋白，形成三股螺旋而排出細胞外。
2.細胞外膠原纖維成熟階段
分泌到細胞外的溶膠原由內切酶作用，水解N―末端和C―末端的附加肽鏈，形成原膠原蛋白，原膠原分子可在中性pH條件下，借分子間各部分不同電荷的相互吸引而自動聚合成膠原纖維，此種聚合不穩定，經共價交聯成網使之進一步固定。
膠原纖維的共價交聯由賴氨酸氧化酶(lysyl oxidase)催化，此酶含Cu++，是參與交聯反應過程的唯一酶，能將賴氨酸轉變為醛賴氨酸(allysine)ε－醛賴氨酸與另一α－肽鏈的ε賴氨酸醛醛縮合生成ε－醛賴氨酸醛酸（Allysine aldol)，再與組氨酸反應生成醇醛組氨酸(aldol histidine)，后者再與5－羥賴氨酸進行醛胺縮合形成希夫堿結構(圖13－9)可使4條α－肽鏈間共價交聯。
通過共價交聯，膠原微纖維的張力加強，韌性增大，溶解度降低，最終形成不溶性的膠原纖維。
膠原蛋白分子共價交聯對膠原正常功能有重要意義。例如人或動物進食山藜豆所致的山藜豆中毒(lathyrivsm)表現為嚴重的骨、關節及大血管壁的異常，其發病即因為山藜豆毒素β―氨基丙晴(β―mino propionitrile)
與賴氨酸氧化酶活性位點共價結合而使之失活，從而導致膠原纖維變脆弱。
膠原蛋白與許多人類疾病相關。如骨形成不全(osteogenesis imperfecta)或稱脆骨病(brittle bone diesease)，即是由于膠原蛋白生物合成或轉錄后的修飾作用障礙所致。現已清楚是由于I型膠原突變所致，據突變發生的位置及性質不同，發病的嚴重性亦不同。此外，有些膠原性疾病涉及多種膠原合成紊亂或合成過程中酶(如賴氨酸羥化酶，賴氨酸氧化酶)活性的異常。如EhlersDanlos綜合癥即有10種以上不同膠原的缺陷，其癥狀主要為關節過度伸張，皮膚彈性增高、脆弱，血管脆弱及外傷后皮下粘蛋白或皮下脂肪小結形成等，又被稱為“印第安橡皮人”(Indiarubber man)。
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