Ⅰ型膠原的原纖維平行排列成較粗大的束,成為光鏡下可見的膠原纖維,抗張強(qiáng)度超過鋼筋。其三股螺旋由二條α1(Ⅰ)鏈及一條α2(Ⅰ)鏈構(gòu)成。每條α鏈約含1050個氨基酸殘基,由重復(fù)的Gly-X-Y序列構(gòu)成。X常為Pro(脯an酸),Y常為羥脯an酸或羥賴氨酸殘基。重復(fù)的Gly-X-Y序列使α鏈卷曲為左手螺旋,每圈含3個氨基酸殘基。三股這樣的螺旋再相互盤繞成右手超螺旋,即原膠原。
原膠原分子間通過側(cè)向共價交聯(lián),相互呈階梯式有序排列聚合成直徑50~200nm、長150nm至數(shù)微米的原纖維,在電鏡下可見間隔67nm的橫紋。膠原原纖維中的交聯(lián)鍵是由側(cè)向相鄰的賴氨酸或羥賴氨酸殘基氧化后所產(chǎn)生的兩個醛基間進(jìn)行縮合而形成的。
原膠原共價交聯(lián)后成為具有抗張強(qiáng)度的不溶性膠原。胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯(lián)而易于抽提。隨年齡增長,交聯(lián)日益增多,皮膚、血管及各種組織變得僵硬,成為老化的一個重要特征。
人α1(Ⅰ)鏈的基因含51個外顯子,因而基因轉(zhuǎn)錄后的拼接十分復(fù)雜。翻譯出的肽鏈稱為前α鏈,其兩端各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽。三條前α鏈的C端前肽借二硫鍵形成鏈間交聯(lián),使三條前α鏈“對齊"排列。然后從C端向N端形成三股螺旋結(jié)構(gòu)。前肽部分則呈非螺旋卷曲。帶有前肽的三股螺旋膠原分子稱為前膠原(procollagen)。膠原變性后不能自然復(fù)性重新形成三股螺旋結(jié)構(gòu),原因是成熟膠原分子的肽鏈不含前肽,故而不能再進(jìn)行“對齊"排列。