Il collageno è la principale proteina del connettivo degli animali, ed è il 25% delle proteine del corpo degli animali e il 6% del peso totale del corpo dell'uomo. La sua composizione strutturale è costituita da una tripla elica di una proteina fibrosa chiamata tropocollagene con una massa molecolare di 285 klilodalton.
Le tre triple eliche sono di uguale lunghezza e hanno come struttura primaria la presenza di tre triplette di aminoacidi che si susseguono nella catena in una serie molto lunga con la composizione seguente:glicina-x-idrossiprolina dove X è un aminoacido generico e glicina-prolina-X dove X è un aminoacido qualsiasi. I tre filamenti di tropocollagene sono tenuti insieme da legami idrogeno. Questi legami sono possibili dalla presenza di glicina e dalle modifiche postraduzionali di lisina e prolina. La prolina è modificata a idrossiprolina dall'enzima prolilidrossilasi, mentre la lisina è modificata a idrossilisina dall'enzima lisil idrossilasi.
Queste modifiche sono necessarie per aumentare la possibilità di formazione dei legami idrogeno e per diminuire l'ingombro sterico. Le tre unità strutturali costituiscono una forma di treccia. Le varie fibre sono collegate anche da legami crociati tra due allisine o tra una allisina e una lisina. La lisina è convertita in allisina dall'enzima lisina ossidasi. La biosintesi del collagene avviene ad opera di diversi tipi cellulari a seconda del tessuto, ad esempio fibroblasti nel tessuto connettivo, osteoblasti nell'osso. Il collageno nasce come procollagene, prodotto che possiede rispetto al collagene due peptidi terminali, uno c-terminale e uno n-terminale che hanno struttura globulare. La traduzione avviene nei ribosomi a contatto col reticolo endoplasmatico rugoso. I ribosomi legati al mRNA contenente i geni del collagene si legano al reticolo endoplasmatico rugoso: esiste una sequenza segnale che facilita il legame dei ribosomi al RER e guida il trasferimento della catena polipeptidica dentro il RER.
Le catene del preprocollagene vengono rilasciate nel lume del RER e qui viene eliminata la sequenza segnale. Si ha la formazione di catene alfa 1 e alfa 2 precursori del collagene. Nel lume del RER le procatene vanno incontro a modificazioni posttraduzionali quali l'idrossilazione delle lisine e delle proline e della glicosilazione delle idrossiline. Dopo questi processi le procatene alfa formano procollagene un precursore del collagene la cui regione centrale a tripla elica è affiancata da tratti amino e carbossiterminali chiamati propeptidi. Si hanno inoltre legami disolfuri tra i peptidi carbossiterminali. Tutto ciò porta le catene alfa alla situazione favorevole alla formazione della tripla elica. La molecola di procollagene viene trasferita nel Golgi dove viene immessa in vescicole che si fondono colla membrana plasmatica della cellula secretrice e il procollagene viene immesso all'esterno della cellula secretrice. Giunte all'esterno le molecole di procollagene vengono liberate dall'enzima procollagene peptidasi dai propeptidi terminali liberando cosi le molecole di tropocollagene a tripla elica. Le molecole di tropocollagene si associano spontaneamente formando delle fibrille assumendo una posizione parallela e sfalsata nella quale le molecole di collagene si sovrappongono a quelle vicine per circa 3/4 della loro lunghezza. Le fibrille di collagene cosi disposte sono il substrato ideale per l'azione dell'enzima lisil ossidasi, questo enzima catalizza la deaminazione ossidativa di alcuni residui di lisina e idrossilisina formando legami covalenti tra catene. La formazione di questi legami è essenziali per la funzione del collagene che deve avere la resistenza necessaria alla trazione per un corretto funzionamento del tessuto connettivo. Quindi qualsiasi mutazione che influisce sulla capacità del collagene di formare legami tra fibrille influenzerà la stabilità del collagene. Le fibrille poi si dispongono in fasci ondulati o paralleli per formare fibre e le fibre formano poi fasci di fibre. Esistono numerosi tipi di collagene a seconda del tessuto e della funzione. Finora sono stati descritti 28 tipi di collageno diversi. Esiste il collagene di tipo 1, il 90% del collagene totale ed è presente nella pelle, nei tendini, nelle ossa e nella cornea. Il collagene di tipo 2 forma la cartilagine, i dischi intervertebrali, e il corpo vitreo dell'occhio. Il collageno di tipo 3 ha grande importanza nel sistema cardiovascolare e nel tessuto di granulazione per riparare le ferite; viene prodotto in grandi quantità prima del collagene di tipo 1, più resistente da cui poi è sostituito. Il collageno di tipo 4 è il componente della membrana basale che separa le cellule di un tessuto dalle altre vicine. Il collagene di tipo 7 forma le giunzioni dermo-epidermiche che saldano il derma dall'epidermide , la sua cattiva funzione crea la malattia epidermolisi bollosa che stacca il derma dall'epidermide formando continue bolle cutanee; notevole è il collagene 17 che è coinvolto in patologie come la penfigoide bollosa e epidermolisi bollosa giunzionale, tutte malattie gravi della pelle. Come si può constatare da questa descrizione il collagene è essenziale per la compattezza, per la solidità di quasi tutti gli organi del corpo umano: senza di esso tutto andrebbe a catafascio ogni apparato cellulare si discosterebbe dal resto dell'organismo, in altri termini non ci sarebbe la compattezza delle ossa, la compattezza del connettivo, la compattezza degli organi.
Ma è la sua composizione in aminoacidi che determina la sua funzione e la precisa sequenza dei suoi aminoacidi: glicina, prolina idrossiprolina, una sequenza ripetitiva seriale determina la possibilità della formazione corretta delle fibre del collagene: mutazioni che rompono questa sequenza ordinata impediscono la sua funzione determinando un collagene difettoso portatore di gravi patologie. E devono essere integri, come abbiamo visto, i vari enzimi che determinano la formazione dell'idrossilisina dalla lisina, dell'idrossiprolina dalla prolina e gli enzimi che determinano la glicizzazione degli aminoacidi necessaria allo funzione di tutta la proteina. La estrema precisione della sequenza aminoacidica è quindi essenziale. A tutto questo si aggiungono le sequenze segnale che servono a trasportare il precollagene nel Reticolo endoplasmatico e per l'avvicinamento del RNA messaggero al ribosoma. Tutta questa struttura e il suo meccanismo è impossibile che sia stato prodotto dal caso: esiste una complessità irriducibile in questa proteina: questa proteina si deve essere formata tutta in una volta e non a poco a poco. In altre parole questa proteina è stata progettata.