La síntesis de colágena se produce en el RER como cadenas individuales de preprocolágena (fig. 4-7e) que son cadenas alfa que poseen cadenas de aa adicionales, conocidas como propéptidos y los extremos amino y carboxilo. Conforme se está sintetizando la molécula preprocolágena entra en la cisterna del RER, sitio en el que se modifica. En primer lugar se elimina la secuencia de señales que dirigen a la molécula hacia el RER, y a continuación, se hidroxila una parte de los residuos de prolina y lisina (por las enzimas hidroxilasa de la peptidil prolina e hidroxilasa de la peptidil lisina) para que se formen hidroxiprolina e hidroxilisina respectivamente. A continuación se glucosilan hidroxilisinas seleccionadas.

Se alinean tres moléculas de preprocolágena entre sí y se ensamblan para formar una configuración helicoidal apretada, conocida como molécula de procolágena. Se cree que la precisión de su alineación se debe a la acción de los propéptidos. Estos propéptidos no se envuelven entre sí, de modo que la molécula de procolágena parece una cuerda trenzada con firmeza con los extremos deshilachados. Los propéptidos tienen al parecer la función adicional de conservar solubles a las moléculas de procolágena, con lo que previenen su agregación espontánea en las fibras de colágena dentro de la célula.

Las moléculas de procolágena dejan el RER en vesículas de transferencia que las transportan hasta el Aparato de Golgy, sitio en el que se modifican con mayor grado aún por añadidura de oligosacáridos. Las moléculas de procolágena modificada se empacan en la cara trans de Golgi y se transportan de inmediato hacia el exterior de la célula.

Conforme entra la procolágena en el ambiente extracelular, ciertas enzimas proteolíticas llamadas peptidasas de la procolágena segmentan a los propeptidos (y eliminan los extremos deshilachados) de los extremos tanto amino como carboxilo (fig 4-7e). La molécula recien formada es mas corta 280 nm de longitud) y se conoce como molécula de tropocolágena (colágena). Las moléculas de protocolágena se ensamblan por sí mismas de manera espontánea (fig 4-7e), en dirección específica desde la cabeza hacia cola en una distribución escalonada con regularidad y dan por resultado fibrillas que ponen de manifiesto bandas de 67 nm de los tipos de colágena I, II, III, V, y VII (Fig 4-5e). La formación y la conservación de la estructura fibrilar se incrementa mediante enlaces covalentes formados entre residuos de lisina y los de hidroxilisina de las moléculas de tropocolágena vecinas.