Celler bryter ner proteiner av en mängd olika skäl, allt från att inaktivera dem efter användning till att hjälpa till med cellsignalering. Denna process, känd som proteinnedbrytning eller proteolys, sker konstant inuti celler. Proteinnivåerna måste hålla sig inom specifika nivåer för att cellerna ska fungera korrekt, så celler har en mängd olika sätt att smälta dessa molekyler.
Olika proteiner bryts ner i varierande hastighet. Strukturella proteiner och enzymer tenderar att hålla längre än regulatoriska proteiner och kan ha halveringstider på en till tre dagar. Beroende på proteinet kan allt från mindre än 10 % av tillgängliga molekyler till 100 % brytas ner varje timme.
Proteinnedbrytning kräver energi i form av adenosintrifosfat (ATP). ATP konsumeras av speciella cellulära enzymer, kallade proteaser, vars uppgift är att smälta proteiner till deras aminosyror. På grund av energibehovet för proteolys sker detta inte bara slumpmässigt. Vissa föreningar kan istället markera proteiner för destruktion.
För regulatoriska proteiner som bara existerar i 5 till 120 minuter före nedbrytning spelar det lilla proteinet ubiquitin en roll. Längre levande proteiner kan märkas med ubiquitin för att markera dem för förstörelse. Detta varnar större proteaskomplex, kallade proteasomer, om att ett protein bör brytas ned. Proteinet tas in i och smälts inuti proteasomen, en struktur som finns både i cellkärnan och i cellkroppen.
De proteaser som främjar proteinnedbrytning och utgör proteasomen görs inte i sina aktiva former. De skapas som förproteiner, som är större i storlek. Aktivering av dessa proteiner kräver vanligtvis avlägsnande av ett hämmande protein, eller klyvning av ett visst område på proteinet.
Det finns flera enzymer som är kapabla till proteinnedbrytning. Var och en klyver kol-kväve-peptidbindningar som finns mellan aminosyror. Serinproteaser har enzymer som trypsin och elastas, som använder en rest av aminosyran serin för att attackera peptidbindningen. Andra proteaser använder zink, aspartatrester eller andra molekyler för att främja brytning av peptidbindningen.
Strukturer som kallas lysosomer kan också bryta ned proteiner på ett ospecifikt sätt. Dessa finns som förseglade fack inom cellväggen. De kan ta upp proteiner och smälta dem snabbt.
Exakt matsmältningshastighet beror på vissa förhållanden. En brist på näringsämnen, till exempel, kommer att påskynda dessa hastigheter. Mindre essentiella molekyler utsätts först för proteinnedbrytning, eftersom deras proteolys skulle frigöra aminosyror för att bilda mer nödvändiga proteiner.