Stanice razgrađuju proteine iz raznih razloga, u rasponu od njihove inaktivacije nakon upotrebe do pomaganja u staničnom signaliziranju. Ovaj proces, poznat kao razgradnja proteina ili proteoliza, odvija se stalno unutar stanica. Razine proteina moraju ostati unutar određenih razina kako bi stanice pravilno funkcionirale, tako da stanice imaju različite načine probave tih molekula.
Različiti proteini se razgrađuju različitim brzinama. Strukturni proteini i enzimi traju dulje od regulatornih proteina i mogu imati poluživot od jednog do tri dana. Ovisno o proteinu, svaki sat se može razgraditi od manje od 10% dostupnih molekula do 100%.
Za razgradnju proteina potrebna je energija u obliku adenozin trifosfata (ATP). ATP troše posebni stanični enzimi, zvani proteaze, čiji je zadatak probaviti proteine u njihove sastavne aminokiseline. Zbog energetskih potreba proteolize, to se ne događa jednostavno nasumično. Umjesto toga, određeni spojevi mogu označiti proteine za uništenje.
Za regulatorne proteine koji postoje samo 5 do 120 minuta prije razgradnje, mali protein ubikvitin igra ulogu. Dugovječniji proteini mogu biti označeni ubikvitinom kako bi se označili za uništavanje. To upozorava veće komplekse proteaze, zvane proteasomi, da se protein treba razgraditi. Protein se uzima i probavlja unutar proteasoma, strukture koja postoji i u staničnoj jezgri i u tijelu stanice.
Proteaze koje potiču razgradnju proteina i koje sadrže proteasom ne stvaraju se u svojim aktivnim oblicima. Nastaju kao predproteini, koji su veće veličine. Aktivacija ovih proteina obično zahtijeva uklanjanje inhibitornog proteina ili cijepanje određenog područja na proteinu.
Postoji nekoliko enzima koji su sposobni za razgradnju proteina. Svaki od njih cijepa ugljik-dušik peptidne veze koje postoje između aminokiselina. Serinske proteaze imaju enzime kao što su tripsin i elastaza, koji koriste ostatak aminokiseline serina za napad na peptidnu vezu. Druge proteaze koriste cink, ostatke aspartata ili druge molekule kako bi potaknule razbijanje peptidne veze.
Strukture zvane lizosomi također mogu razgraditi proteine na nespecifičan način. Oni postoje kao zatvoreni odjeljci unutar stanične stijenke. Sposobni su uzeti proteine i brzo ih probaviti.
Točne stope probave ovise o određenim uvjetima. Nedostatak hranjivih tvari, na primjer, ubrzat će ove stope. Manje esencijalne molekule prvo su podložne razgradnji proteina, budući da bi njihova proteoliza oslobodila aminokiseline za stvaranje potrebnijih proteina.