蛋白水解是將蛋白質分解成更小的多肽或氨基酸。未催化的水解的肽鍵極為緩慢，以數百年。蛋白水解通常由稱為蛋白酶的細胞酶催化，但也可能通過分子內消化發生。

生物體中的蛋白水解作用有多種用途；例如，消化酶分解食物中的蛋白質，為生物體提供氨基酸，而多肽鏈合成后的蛋白水解加工可能是產生活性蛋白質所必需的。它在調節一些生理和細胞過程（包括細胞凋亡）以及防止細胞中不需要或錯誤折疊的蛋白質的積累方面也很重要。因此，蛋白水解調節的異常會導致疾病。

蛋白質水解也可用作實驗室研究蛋白質的分析工具，也可用于工業，例如食品加工和去污。

許多蛋白質在蛋白質合成過程中或翻譯后經常發生有限的多肽蛋白水解。這可能涉及去除N端甲硫氨酸、信號肽和/或將無活性或無功能的蛋白質轉化為有活性的蛋白質。蛋白質的最終功能形式的前體稱為原蛋白，這些原蛋白可以首先合成為前原蛋白。例如，白蛋白首先合成為前白蛋白，并含有未切割的信號肽。這在信號肽被切割后形成白蛋白原，進一步加工以去除N-末端6-殘基前肽產生成熟形式的蛋白質。

起始蛋氨酸（以及原核生物中的fMet）可以在新生蛋白質的翻譯過程中被去除。對于大腸桿菌，如果第二個殘基小且不帶電，則fMet被有效去除，但如果第二個殘基體積大且帶電，則不能有效去除。在原核生物和真核生物中，暴露的N端殘基可以根據N端規則決定蛋白質的半衰期。

要靶向特定細胞器或用于分泌的蛋白質具有將蛋白質引導至其最終目的地的N端信號肽。這種信號肽在通過膜轉運后被蛋白水解去除。

一些蛋白質和大多數真核多肽激素合成為稱為多蛋白的大前體多肽，需要蛋白水解切割成單個較小的多肽鏈。多蛋白阿黑皮素原(POMC)含有許多多肽激素。然而，POMC的切割模式在不同組織之間可能有所不同，從相同的多蛋白產生不同的多肽激素組。

許多病毒最初也將它們的蛋白質作為從多順反子mRNA翻譯的單個多肽鏈產生。該多肽隨后被切割成單獨的多肽鏈。對于多蛋白俗名包括的gag（組特定抗原中）逆轉錄病毒和ORF1ab在型Nidovirales。后一個名稱是指編碼多肽的mRNA中的一個光滑序列導致核糖體移碼，導致兩種不同長度的肽鏈（a和ab）。)以近似固定的比率。

許多蛋白質和激素以其前體的形式合成——酶原、酶原和前體激素。這些蛋白質被切割形成它們最終的活性結構。例如，胰島素被合成為前胰島素原，在信號肽被切割后產生胰島素原。然后胰島素原在兩個位置被切割，產生由兩個二硫鍵連接的兩條多肽鏈。從B鏈上去除兩個C端殘基，然后產生成熟的胰島素。蛋白質折疊以單鏈胰島素原形式存在，這有助于形成最終的肽間二硫鍵和最終的肽內二硫鍵，這些二硫鍵存在于胰島素的天然結構中。

蛋白酶特別是以無活性形式合成的，因此它們可以安全地儲存在細胞中，并在需要時準備好以足夠的量釋放。這是為了確保蛋白酶僅在正確的位置或環境中被激活，因為這些蛋白酶的不當激活可能對生物體具有很大的破壞性。酶原的蛋白水解產生活性蛋白質；例如，當胰蛋白酶原被裂解形成胰蛋白酶時，完成蛋白酶活性位點的蛋白質結構會發生輕微的重排，從而激活蛋白質。

因此，蛋白水解可以是一種通過將無活性蛋白質轉化為活性蛋白質來調節生物過程的方法。一個很好的例子是凝血級聯反應，其中初始事件觸發許多特定蛋白酶的連續蛋白水解激活級聯反應，導致血液凝固。該補體系統中的免疫反應也涉及在入侵的病原體攻擊一個復雜的順序蛋白水解激活和互動這一結果。

蛋白質降解可在細胞內或細胞外發生。在食物消化過程中，消化酶可能會釋放到環境中進行細胞外消化，由此蛋白水解裂解將蛋白質分解成較小的肽和氨基酸，以便它們可以被吸收和利用。在動物中，食物可能在專門的器官或內臟中進行細胞外加工，但在許多細菌中，食物可能通過吞噬作用被內化。環境中蛋白質的微生物降解可以通過營養物質的可用性來調節。例如，限制蛋白質中的主要元素（碳、氮和硫）會誘導真菌粗糙脈孢菌的蛋白水解活性以及土壤生物群落。

細胞中的蛋白質被分解成氨基酸。這種蛋白質的細胞內降解具有多種功能：它去除受損和異常的蛋白質并防止它們的積累。它還通過去除不再需要的酶和調節蛋白來調節細胞過程。然后可以將氨基酸重新用于蛋白質合成。

蛋白酶體的結構。它的活性位點位于管內（藍色），在那里蛋白質被降解。

蛋白質的細胞內降解可以通過兩種方式實現——溶酶體中的蛋白質水解，或將不需要的蛋白質靶向蛋白酶體的泛素依賴性過程。所述自噬-lysosomal途徑通常是一種非選擇性的過程，但它可以在饑餓成為選擇性從而與肽序列KFERQ或相似的蛋白質被選擇性地分解。溶酶體含有大量蛋白酶，如組織蛋白酶。

泛素介導的過程是選擇性的。標記為降解的蛋白質與泛素共價連接。許多泛素分子可能與注定要降解的蛋白質串聯連接。多泛素化蛋白靶向ATP依賴性蛋白酶復合物，即蛋白酶體。泛素被釋放并重新使用，而目標蛋白被降解。

不同的蛋白質以不同的速率降解。異常蛋白質會迅速降解，而正常蛋白質的降解速度可能會因功能不同而有很大差異。在重要代謝控制點的酶可能比那些在所有生理條件下活性基本恒定的酶降解得更快。降解最快的蛋白質之一是鳥氨酸脫羧酶，其半衰期為11分鐘。相比之下，肌動蛋白和肌球蛋白等其他蛋白質的半衰期為一個月或更長時間，而本質上，血紅蛋白持續紅細胞的整個生命周期。

所述N端法則可以部分地確定蛋白質的半衰期，以及與段富含蛋白質脯氨酸，谷氨酸，絲氨酸，和蘇氨酸（所謂的PEST蛋白）具有短的半衰期。懷疑影響降解速率的其他因素包括谷氨酰胺和天冬酰胺的脫氨基速率以及半胱氨酸、組氨酸和蛋氨酸的氧化、穩定配體的缺失、連接的碳水化合物或磷酸基團的存在、游離α-氨基的存在基團，蛋白質的負電荷，以及蛋白質的柔韌性和穩定性。具有較大程度內在紊亂的蛋白質也往往具有較短的細胞半衰期，已提出無序片段以促進蛋白酶體有效啟動降解。

蛋白水解的速率也可能取決于生物體的生理狀態，例如其激素狀態以及營養狀態。在饑餓時，蛋白質降解的速率增加。

在人類消化，在食物中的蛋白質被分解成由較小的肽鏈的消化酶如胃蛋白酶，胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，和彈性蛋白酶，以及成氨基酸通過各種酶如羧肽酶，氨肽酶，和二肽酶。需要將蛋白質分解成小肽（三肽和二肽）和氨基酸才能被腸道吸收，吸收的三肽和二肽在進入血流之前也在細胞內進一步分解成氨基酸。不同的酶對其底物有不同的特異性；例如，胰蛋白酶在帶正電荷的殘基（精氨酸和賴氨酸）之后切割肽鍵；胰凝乳蛋白酶在芳香族殘基（苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸）后裂解鍵；彈性蛋白酶在小的非極性殘基（例如丙氨酸或甘氨酸）之后裂解鍵。

為了防止消化酶的不當或過早激活（例如，它們可能引發胰腺自我消化，導致胰腺炎），這些酶以無活性的酶原形式分泌。的前體的胃蛋白酶，胃蛋白酶原，由胃分泌的，并且僅在胃中發現的酸性環境激活。的胰臟分泌許多蛋白酶如的的前體胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。胰蛋白酶的酶原胰蛋白酶原，這是由一個非常具體的蛋白酶，活性腸激酶，通過分泌的粘膜的的十二指腸.胰蛋白酶一旦被激活，還可以裂解其他胰蛋白酶原以及其他蛋白酶（如胰凝乳蛋白酶和羧肽酶）的前體以激活它們。

在細菌中，使用了使用無活性酶原或前酶原的類似策略。枯草桿菌蛋白酶，它是由產生枯草芽孢桿菌，被產生作為preprosubtilisin，且僅當該信號肽被裂解并已發生自催化的蛋白水解激活被解除。

蛋白水解還涉及通過激活或失活酶、轉錄因子和受體來調節許多細胞過程，例如在膽固醇的生物合成中，或通過蛋白酶激活受體介導凝血酶信號傳導。

一些處于重要代謝控制點的酶如鳥氨酸脫羧酶完全受其合成速率和降解速率的調節。其他快速降解的蛋白質包括原癌基因的蛋白質產物，它們在調節細胞生長中起核心作用。

細胞周期蛋白是一組激活的蛋白激酶參與細胞分裂。細胞周期蛋白的降解是控制有絲分裂退出并進入下一個細胞周期的關鍵步驟。細胞周期蛋白在細胞周期過程中積累，然后在有絲分裂后期之前突然消失。細胞周期蛋白通過泛素介導的蛋白水解途徑去除。

Caspase是一組重要的蛋白酶，參與細胞凋亡或程序性細胞死亡。caspase的前體procaspase可以通過蛋白水解激活，通過其與形成凋亡體的蛋白質復合物結合，或通過顆粒酶B，或通過死亡受體途徑。

某些蛋白質會發生自蛋白水解，從而肽鍵在自催化的分子內反應中被裂解。與酶原不同，這些自體蛋白水解蛋白參與“單一周轉”反應并且不催化切割后的進一步反應。例子包括在血管性血友病因子D型(VWD)域和腦膜炎奈瑟菌FrpC自加工域的子集中裂解Asp-Pro鍵，在沙門氏菌FlhB中裂解Asn-Pro鍵蛋白質，耶爾森氏菌YscU蛋白質，以及在海膽精子蛋白、腸激酶和集聚蛋白(SEA)域的子集中切割Gly-Ser鍵。在某些情況下，肽鍵的構象應變促進了自體蛋白水解切割。

異常的蛋白水解活性與許多疾病有關。在胰腺炎，蛋白酶的泄漏和在的自身消化胰腺結果他們的過早激活胰腺。與人的糖尿病可能增加溶酶體活性和一些蛋白質的降解可顯著增加。慢性炎癥性疾病如類風濕性關節炎可能涉及溶酶體酶釋放到細胞外空間，破壞周圍組織。由于在細胞中聚集的肽的產生和無效去除，異常的蛋白水解可能導致許多與年齡相關的神經系統疾病，例如阿爾茨海默氏癥。

蛋白酶可能受抗蛋白酶或蛋白酶抑制劑的調節，蛋白酶和抗蛋白酶之間的失衡可導致疾病，例如吸煙引起肺氣腫中肺組織的破壞。吸煙被認為會增加肺中的中性粒細胞和巨噬細胞，它們會釋放過量的蛋白水解酶如彈性蛋白酶，使它們不再受到絲氨酸蛋白酶抑制劑如α1-抗胰蛋白酶的抑制。，從而導致肺中結締組織的分解。其他蛋白酶及其抑制劑也可能與這種疾病有關，例如基質金屬蛋白酶（MMPs）和金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMPs）。

與異常蛋白水解有關的其他疾病包括肌肉萎縮癥、退行性皮膚病、呼吸系統和胃腸道疾病以及惡性腫瘤。

蛋白質骨架在中性pH值和室溫下在水中非常穩定，盡管不同肽鍵的水解速率可能會有所不同。在正常條件下，肽鍵的半衰期可以從7年到350年不等，對于受修飾末端保護或在蛋白質內部的肽，半衰期甚至更長。然而，極端的pH值和熱量會顯著增加水解速率。蛋白質的自發裂解也可能涉及鋅對絲氨酸和蘇氨酸的催化作用。

強無機酸可以很容易地水解蛋白質中的肽鍵（酸水解）。將蛋白質或肽水解為其組成氨基酸進行分析的標準方法是將其在6M鹽酸中加熱至105°C約24小時。然而，一些蛋白質對酸水解具有抗性。一個眾所周知的例子是核糖核酸酶A，它可以通過用熱硫酸處理粗提物來純化，這樣其他蛋白質就會降解，而核糖核酸酶A則保持完整。

某些化學物質僅在特定殘基后才會引起蛋白水解，這些可用于選擇性地將蛋白質分解成更小的多肽以進行實驗室分析。例如，溴化氰在甲硫氨酸之后裂解肽鍵。類似的方法可用于特異性裂解色氨酸、天冬氨酰、半胱氨酰和天冬酰胺酰肽鍵。酸如三氟乙酸和甲酸可用于裂解。

與其他生物分子一樣，蛋白質也可以單獨通過高溫分解。在250°C時，肽鍵很容易水解，其半衰期下降到約1分鐘。蛋白質也可以在不通過熱解水解的情況下分解；降解后可能開始形成小的雜環化合物。高于500°C，也可能形成多環芳烴，這在煙草煙霧和高溫烹飪中致癌物質的研究中很重要。

蛋白水解也用于研究和診斷應用：

• 融合蛋白的裂解，以便去除用于蛋白表達和純化的融合配偶體和蛋白標簽。所使用的蛋白酶具有高度的特異性，如凝血酶、腸激酶和TEV蛋白酶，因此可能只切割目標序列。
• 完全滅活不需要的酶活性或去除不需要的蛋白質。例如，蛋白酶K是一種在尿素和SDS中穩定的廣譜蛋白酶，通常用于制備核酸以去除不需要的核酸酶污染物，否則這些污染物可能會降解DNA或RNA。
• 部分失活或改變特定蛋白質的功能。例如，用枯草桿菌蛋白酶處理DNA聚合酶I會產生Klenow片段，該片段保留其聚合酶功能但缺乏5'-外切核酸酶活性。
• 用液相色譜-質譜法(LC-MS)消化蛋白質組分析溶液中的蛋白質。這也可以通過凝膠電泳分離后的蛋白質在凝膠內消化來完成，以便通過質譜進行鑒定。
• 折疊域在各種條件下的穩定性分析。
• 提高結晶項目的成功率
• 消化的蛋白質的生產在生長培養基中用于培養細菌和其它生物，例如胰蛋白胨在溶菌肉湯。