一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中氨基酸以肽鍵連接的順序，每一種蛋白質(zhì)分子，都有其特定的氨基酸組成和排列方式，由此就決定了不同的空間結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)分子中一級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位氨基酸的改變，會直接影響其功能，這個(gè)關(guān)鍵部位就是蛋白質(zhì)分子的活性中心。已發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了不下30種類型的膠原蛋白。

　　一般的蛋白質(zhì)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，而作為細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的一種結(jié)構(gòu)蛋白，膠原蛋白由三條多肽鏈構(gòu)成三股螺旋結(jié)構(gòu)，或稱膠原域，即3條多肽鏈的每條都左旋形成左手螺旋結(jié)構(gòu)，再以氫鍵相互咬合形成牢固的右手超螺旋結(jié)構(gòu)。膠原*的左旋a鏈相互纏繞構(gòu)成膠原的右手復(fù)合螺旋結(jié)構(gòu)，這一區(qū)段稱為螺旋區(qū)段，螺旋區(qū)段最大特征是氨基酸呈現(xiàn)（Gly-X-Y）n 周期性排列，其中X、Y 位置為脯氨酸（PrO）和羥脯氨酸（Hyp），是膠原蛋白的*氨基酸，約占25%，是各種蛋白質(zhì)中含量最高的；膠原蛋白中存在的羥基賴氨酸（Hyl）在其它蛋白質(zhì)中不存在，它不是以現(xiàn)成的形式參與膠原的生物合成，而是從已經(jīng)合成的膠原的肽鏈中的脯氨酸（Pro）經(jīng)羥化酶作用轉(zhuǎn)化來的。而一般陸生哺乳動物蛋白質(zhì)中羥脯氨酸和焦谷氨酸的含量極微少。與陸生動物相比，水生動物中的膠原蛋白，其脯氨酸和羥脯氨酸的總量少，而含硫元素的蛋氨酸（Met）含量要遠(yuǎn)大于陸生動物中的膠原蛋白。

　　一級結(jié)構(gòu)是組成膠原蛋白多肽鏈的氨基酸序列；膠原蛋白分子是由3條左手螺旋（二級結(jié)構(gòu)）的多肽鏈組成，它們相互纏繞形成一個(gè)在中心分子軸周圍的右手螺旋（三級結(jié)構(gòu)）；完整的膠原蛋白分子的長度約280nm，直徑約1.5nm；在Ⅰ型膠原原纖維的二維結(jié)構(gòu)（小角X線衍射圖譜和透射電子顯微照片）中，膠原分子通過一個(gè)或多個(gè)4D距離與另一個(gè)膠原分子交錯(cuò)，D表示在小角X線衍射圖譜中所見的基本重復(fù)距離，或電子顯微照片中所見的重復(fù)距離。因?yàn)槟z原分子的長度約是4.4D，膠原分子的交錯(cuò)引起約有0.4D的折疊區(qū)和約0.6D的缺損區(qū)。