การสลายโปรตีนคือการสลายโปรตีน เป็นพอ ลิเปปไทด์หรือกรดอะมิโนขนาดเล็กการสลายโปรตีนเป็นกลไกการควบคุมการแสดงออกของยีนที่สำคัญ^{[ 1 ]}และมีส่วนสำคัญในการกำหนดรูปร่างของโปรตีนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 2 ]}หากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา การไฮโดรไลซิสของพันธะเปปไทด์จะช้ามาก ใช้เวลาหลายร้อยปี โดยทั่วไปแล้วการสลายโปรตีนจะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ ในเซลล์ ที่เรียกว่าโปรตีเอสแต่ก็อาจเกิดขึ้นได้จากการย่อยภายในโมเลกุลเช่นกัน

กระบวนการ ย่อยสลายโปรตีนในสิ่งมีชีวิตมีประโยชน์หลายประการ ตัวอย่างเช่นเอนไซม์ย่อยอาหารจะย่อยสลายโปรตีนในอาหารเพื่อให้ได้กรดอะมิโนสำหรับสิ่งมีชีวิต ในขณะที่การย่อยสลายสายโพลีเปปไทด์หลังจากการสังเคราะห์อาจจำเป็นสำหรับการสร้างโปรตีนที่ออกฤทธิ์ได้ นอกจากนี้ยังมีความสำคัญในการควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาและเซลล์บางอย่าง รวมถึงอะพอพโทซิส (การตายของเซลล์แบบโปรแกรม) ตลอดจนการป้องกันการสะสมของโปรตีนที่ไม่พึงประสงค์หรือโปรตีนที่พับตัวผิดรูปในเซลล์ ดังนั้น ความผิดปกติในการควบคุมกระบวนการย่อยสลายโปรตีนจึงอาจก่อให้เกิดโรคได้

นอกจากนี้ การย่อยสลายโปรตีนยังสามารถใช้เป็นเครื่องมือวิเคราะห์เพื่อศึกษาโปรตีนในห้องปฏิบัติการได้ และยังสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรม เช่น การแปรรูปอาหารและการกำจัดคราบสกปรกได้อีกด้วย

การสลายโปรตีนแบบจำกัดของพอลิเปปไทด์ระหว่างหรือหลังการแปลรหัสในการสังเคราะห์โปรตีนมักเกิดขึ้นกับโปรตีนหลายชนิด ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการกำจัดเมไทโอนีนที่ปลายN -terminal , เปปไทด์สัญญาณและ/หรือการเปลี่ยนโปรตีนที่ไม่ทำงานหรือไม่สามารถใช้งานได้ให้เป็นโปรตีนที่ทำงานได้ สารตั้งต้นของโปรตีนในรูปแบบที่ใช้งานได้ขั้นสุดท้ายเรียกว่าโปรโปรตีนและโปรโปรตีนเหล่านี้อาจถูกสังเคราะห์ขึ้นก่อนเป็นพรีโปรโปรตีน ตัวอย่างเช่นอัลบูมินถูกสังเคราะห์ขึ้นก่อนเป็นพรีโปรอัลบูมินและมีเปปไทด์สัญญาณที่ยังไม่ถูกตัด ซึ่งจะกลายเป็นโปรอัลบูมินหลังจากที่เปปไทด์สัญญาณถูกตัด และกระบวนการเพิ่มเติมเพื่อกำจัด โปรเปปไทด์ 6 หน่วยที่ปลาย N -terminal จะได้โปรตีนในรูปแบบที่สมบูรณ์^{[ 3 ]}

เมไทโอนีนเริ่มต้น (และในแบคทีเรียfMet ) อาจถูกกำจัดออกไปในระหว่างการแปลโปรตีนที่เกิดขึ้นใหม่ สำหรับE. coliนั้น fMet จะถูกกำจัดออกไปอย่างมีประสิทธิภาพหากสารตกค้างตัวที่สองมีขนาดเล็กและไม่มีประจุ แต่จะไม่เกิดขึ้นหากสารตกค้างตัวที่สองมีขนาดใหญ่และมีประจุ^{[ 4 ]}ทั้งในโปรคาริโอตและยูคาริโอตสารตกค้าง N-terminal ที่เปิดเผยอาจเป็นตัวกำหนดครึ่งชีวิตของโปรตีนตามกฎ N-end

โปรตีนที่ต้องถูกส่งไปยังออร์แกเนลล์เฉพาะหรือเพื่อการหลั่งจะมีเปปไทด์สัญญาณที่ปลายNซึ่งทำหน้าที่นำทางโปรตีนไปยังจุดหมายปลายทางสุดท้าย เปปไทด์สัญญาณนี้จะถูกกำจัดออกโดยกระบวนการย่อยสลายโปรตีนหลังจากที่โปรตีนเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แล้ว

โปรตีนบางชนิดและฮอร์โมนโพลีเปปไทด์ส่วนใหญ่ในยูคาริโอตถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นโพลีเปปไทด์ขนาดใหญ่ที่เป็นสารตั้งต้นที่เรียกว่าโพลีโปรตีน ซึ่งต้องผ่านกระบวนการตัดแยกด้วยเอนไซม์โปรตีเอสเพื่อให้ได้สายโพลีเปปไทด์ขนาดเล็กแต่ละสาย โพลีโปรตีนโปรโอปิโอเมลานอคอร์ทิน (POMC) ประกอบด้วยฮอร์โมนโพลีเปปไทด์หลายชนิด อย่างไรก็ตาม รูปแบบการตัดแยกของ POMC อาจแตกต่างกันไปในเนื้อเยื่อต่างๆ ทำให้ได้ฮอร์โมนโพลีเปปไทด์ชุดต่างๆ จากโพลีโปรตีนเดียวกัน

ไวรัสหลายชนิดยังสร้างโปรตีนของพวกมันในตอนแรกเป็นสายโพลีเปปไทด์เดี่ยวที่ถูกแปลจาก mRNA แบบโพลี ซิสโทรนิก โพลีเปปไทด์นี้จะถูกตัดออกเป็นสายโพลีเปปไทด์แต่ละสายในภายหลัง^{[ 3 ]}ชื่อสามัญของโพลีโปรตีน ได้แก่gag ( แอนติเจนเฉพาะกลุ่ม ) ในเรโทรไวรัสและORF1abในNidoviralesชื่อหลังนี้หมายถึงข้อเท็จจริงที่ว่าลำดับลื่นใน mRNA ที่เข้ารหัสโพลีเปปไทด์ทำให้เกิดการเลื่อนเฟรมของไรโบโซมส่งผลให้ได้สายเปปไทด์ที่มีความยาวต่างกันสองแบบ ( aและab ) ในอัตราส่วนคงที่โดยประมาณ

โปรตีนและฮอร์โมนหลายชนิดถูกสังเคราะห์ขึ้นในรูปของสารตั้งต้น ได้แก่ไซโมเจนโปรเอนไซม์และพรีฮอร์โมนโปรตีนเหล่านี้จะถูกตัดแบ่งเพื่อให้ได้โครงสร้างที่ออกฤทธิ์ได้ในขั้นสุดท้ายตัวอย่างเช่นอินซูลิน ถูกสังเคราะห์ขึ้นในรูปของ พรีโปรอินซูลินซึ่งจะได้โปรอินซูลินหลังจากที่เปปไทด์สัญญาณถูกตัดแบ่ง โปรอินซูลินจะถูกตัดแบ่งอีกครั้งที่สองตำแหน่งเพื่อให้ได้สายโพลีเปปไทด์สองสายที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์ สอง พันธะ การกำจัดกรดอะมิโนสองตัวที่ปลาย C ของสาย B จะได้อินซูลินที่สมบูรณ์ การพับตัวของโปรตีนเกิดขึ้นในรูปของโปรอินซูลินแบบสายเดี่ยว ซึ่งช่วยให้เกิดพันธะไดซัลไฟด์ระหว่างเปปไทด์และพันธะไดซัลไฟด์ภายในเปปไทด์ในโครงสร้างดั้งเดิมของอินซูลิน

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โปรตีเอสจะถูกสังเคราะห์ขึ้นในรูปที่ไม่ทำงาน เพื่อให้สามารถเก็บรักษาได้อย่างปลอดภัยในเซลล์ และพร้อมที่จะปล่อยออกมาในปริมาณที่เพียงพอเมื่อจำเป็น ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าโปรตีเอสจะถูกกระตุ้นเฉพาะในตำแหน่งหรือบริบทที่ถูกต้องเท่านั้น เพราะการกระตุ้นโปรตีเอสที่ไม่เหมาะสมอาจก่อให้เกิดอันตรายอย่างมากต่อสิ่งมีชีวิต การย่อยสลายโปรตีนในรูปที่ไม่ทำงานจะให้โปรตีนที่ทำงานได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อไตรปซินโนเจนถูกตัดเพื่อสร้างไตรปซินโครงสร้างของโปรตีนจะมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ทำให้บริเวณที่ทำงานได้ของโปรตีเอสสมบูรณ์ขึ้น ซึ่งเป็นการกระตุ้นโปรตีนให้ทำงาน

ดังนั้น การย่อยสลายโปรตีนจึงเป็นวิธีการควบคุมกระบวนการทางชีวภาพโดยการเปลี่ยนโปรตีนที่ไม่มีฤทธิ์ให้เป็นโปรตีนที่มีฤทธิ์ ตัวอย่างที่ดีคือกระบวนการแข็งตัวของเลือดซึ่งเหตุการณ์เริ่มต้นจะกระตุ้นให้เกิดการทำงานของเอนไซม์ย่อยสลายโปรตีนหลายชนิดอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เลือดแข็งตัวระบบคอมพลีเมนต์ของ ระบบ ภูมิคุ้มกันก็เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นและการทำงานร่วมกันของเอนไซม์ย่อยสลายโปรตีนอย่างซับซ้อนและต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลให้เกิดการโจมตีเชื้อโรคที่รุกราน

การย่อยสลายโปรตีนอาจเกิดขึ้นภายในเซลล์หรือภายนอกเซลล์ ในการย่อยอาหาร เอนไซม์ย่อยอาหารอาจถูกปล่อยออกมาสู่สิ่งแวดล้อมเพื่อการย่อยภายนอกเซลล์โดยการแตกตัวของโปรตีนจะทำให้โปรตีนแตกออกเป็นเปปไทด์และกรดอะมิโนขนาดเล็กเพื่อให้สามารถดูดซึมและนำไปใช้ได้ ในสัตว์ อาหารอาจถูกแปรรูปภายนอกเซลล์ในอวัยวะ เฉพาะ หรือลำไส้แต่ในแบคทีเรียหลายชนิด อาหารอาจถูกดูดซึมเข้าไปภายในเซลล์ผ่านกระบวนการฟาโกไซโทซิส การย่อยสลายโปรตีนโดยจุลินทรีย์ในสิ่งแวดล้อมสามารถควบคุมได้โดยความพร้อมของสารอาหาร ตัวอย่างเช่น การจำกัดธาตุหลักในโปรตีน (คาร์บอน ไนโตรเจน และกำมะถัน) จะกระตุ้นกิจกรรมการย่อยสลายโปรตีนในเชื้อราNeurospora crassa ^{[ 5 ]}เช่นเดียวกับในชุมชนสิ่งมีชีวิตในดิน^{[ 6 ]}

โปรตีนในเซลล์จะถูกย่อยสลายเป็นกรดอะมิโน การย่อยสลายโปรตีนภายในเซลล์นี้มีหน้าที่หลายอย่าง: ช่วยกำจัดโปรตีนที่เสียหายและผิดปกติ และป้องกันการสะสมของโปรตีนเหล่านั้น นอกจากนี้ยังช่วยควบคุมกระบวนการต่างๆ ภายในเซลล์โดยการกำจัดเอนไซม์และโปรตีนควบคุมที่ไม่จำเป็นอีกต่อไป กรดอะมิโนที่ได้อาจถูกนำไปใช้ในการสังเคราะห์โปรตีนใหม่

การย่อยสลายโปรตีนภายในเซลล์อาจเกิดขึ้นได้สองวิธี คือ การสลายโปรตีนในไลโซโซมหรือ กระบวนการที่อาศัย ยูบิควิตินในการกำหนดเป้าหมายโปรตีนที่ไม่ต้องการไปยังโปรตีเอโซม โดยปกติแล้วเส้นทาง ออโตฟาจี -ไลโซโซมเป็นกระบวนการที่ไม่เลือกชนิด แต่จะกลายเป็นกระบวนการที่เลือกชนิดได้เมื่อขาดอาหาร โดยโปรตีนที่มีลำดับเปปไทด์ KFERQ หรือคล้ายกันจะถูกย่อยสลายอย่างเลือกสรร ไลโซโซมมีเอนไซม์โปรตีเอสจำนวนมาก เช่นแคเทปซิน

กระบวนการที่อาศัยยูบิควิตินเป็นตัวกลางนั้นมีความจำเพาะ โปรตีนที่ถูกทำเครื่องหมายสำหรับการย่อยสลายจะถูกเชื่อมต่อกับยูบิควิตินด้วยพันธะโควาเลนต์ โมเลกุลของยูบิควิตินจำนวนมากอาจเชื่อมต่อกันเป็นแถวกับโปรตีนที่ถูกกำหนดสำหรับการย่อยสลาย โปรตีนที่มียูบิควิตินหลายโมเลกุลจะถูกส่งไปยังเอนไซม์โปรตีเอสเชิงซ้อนที่ต้องพึ่งพา ATP ซึ่งก็คือโปรตีเอโซม ยูบิควิตินจะถูกปล่อยออกมาและนำกลับมาใช้ใหม่ ในขณะที่โปรตีนเป้าหมายจะถูกย่อยสลาย

โปรตีนต่าง ๆ จะถูกย่อยสลายในอัตราที่แตกต่างกัน โปรตีนที่ผิดปกติจะถูกย่อยสลายอย่างรวดเร็ว ในขณะที่อัตราการย่อยสลายของโปรตีนปกติอาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับหน้าที่ของโปรตีนนั้น ๆ เอนไซม์ที่จุดควบคุมการเผาผลาญที่สำคัญอาจถูกย่อยสลายเร็วกว่าเอนไซม์ที่มีกิจกรรมคงที่ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาโดยทั่วไป โปรตีนที่ถูกย่อยสลายเร็วที่สุดชนิดหนึ่งคือออร์นิทีนดีคาร์ บอกซิเลส ซึ่งมีครึ่งชีวิต 11 นาที ในทางตรงกันข้าม โปรตีนอื่น ๆ เช่นแอคตินและไมโอซินมีครึ่งชีวิตหนึ่งเดือนหรือมากกว่านั้น ในขณะที่ฮีโมโกลบินมีอายุยืนยาวตลอดอายุขัยของเม็ดเลือดแดง^{[ 7 ]}

กฎN-endอาจกำหนดครึ่งชีวิตของโปรตีนได้บางส่วน และโปรตีนที่มีส่วนประกอบที่อุดมไปด้วยโพรลีนกรดกลูตามิกเซรีนและทรีโอนีน (ที่เรียกว่าโปรตีน PEST ) จะมีครึ่งชีวิตสั้น^{[ 8 ]}ปัจจัยอื่นๆ ที่คาดว่าจะส่งผลต่ออัตราการย่อยสลาย ได้แก่ อัตราการดีอะมิเนชันของกลูตามีนและแอสปาราจีนและการออกซิเดชันของซิสเทอีน ฮิสติดีนและเมไทโอนีน การไม่มีลิแกนด์ที่ทำให้เสถียร การมีกลุ่มคาร์โบไฮเดรตหรือฟอสเฟตที่ติดอยู่ การมีกลุ่ม α-อะมิโนอิสระ ประจุลบของโปรตีน และความยืดหยุ่นและความเสถียรของโปรตีน^{[ 7 ]}โปรตีนที่มีระดับความไม่เป็นระเบียบภายใน ที่มากขึ้น ก็มีแนวโน้มที่จะมีครึ่งชีวิตในเซลล์สั้นเช่นกัน^{[ 9 ]}โดยมีการเสนอว่าส่วนประกอบที่ไม่เป็นระเบียบจะช่วยอำนวยความสะดวกในการเริ่มต้นการย่อยสลายอย่างมีประสิทธิภาพโดยโปรตีเอโซม^{[ 10 ] [ 11 ]}

อัตราการสลายโปรตีนอาจขึ้นอยู่กับสภาวะทางสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิต เช่น สภาวะฮอร์โมนและภาวะโภชนาการ ในภาวะอดอาหาร อัตราการสลายโปรตีนจะเพิ่มขึ้น

ในกระบวนการย่อยอาหาร ของมนุษย์ โปรตีนในอาหารจะถูกย่อยสลายเป็นสายเปปไทด์ขนาดเล็กโดยเอนไซม์ย่อยอาหารเช่นเปปซินทริปซิน ไคโมทริปซินและอีลาสตาสและเป็นกรดอะมิโนโดยเอนไซม์ต่างๆ เช่นคาร์บอกซีเปปติเดสอะมิโนเปปติเด ส และไดเปปติเดสจำเป็นต้องย่อยสลายโปรตีนให้เป็นเปปไทด์ขนาดเล็ก (ไตรเปปไทด์และไดเปปไทด์) และกรดอะมิโนเพื่อให้สามารถดูดซึมได้โดยลำไส้ และไตรเปปไทด์และไดเปปไทด์ที่ดูดซึมได้จะถูกย่อยสลายต่อไปเป็นกรดอะมิโนภายในเซลล์ก่อนที่จะเข้าสู่กระแสเลือด^{[ 12 ]}เอนไซม์แต่ละชนิดมีความจำเพาะต่อสารตั้งต้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ทริปซินจะตัดพันธะเปปไทด์หลังจากสารตกค้างที่มีประจุบวก ( อาร์จินีนและไลซีน ) ไคโมทริปซินจะตัดพันธะหลังหมู่สารอะโรมาติก ( เช่น ฟีนิลอะลา นีนไทโรซีนและทริปโตเฟน ) ในขณะที่อีลาสตาสจะตัดพันธะหลังหมู่สารไม่มีขั้วขนาดเล็ก เช่น อะลานีนหรือไกลซีน

เพื่อป้องกันการทำงานที่ไม่เหมาะสมหรือก่อนกำหนดของเอนไซม์ย่อยอาหาร (เช่น อาจกระตุ้นการย่อยตัวเองของตับอ่อนจนทำให้เกิดตับอ่อนอักเสบ ) เอนไซม์เหล่านี้จึงถูกหลั่งออกมาในรูปของไซโมเจนที่ไม่ทำงาน สารตั้งต้นของเปปซินคือเปปซิโนเจนถูกหลั่งโดยกระเพาะอาหาร และจะทำงานได้เฉพาะในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดในกระเพาะอาหารเท่านั้น ตับอ่อนหลั่งสารตั้งต้นของโปรตีเอสหลายชนิด เช่นทริปซินและไคโมทริปซินไซโมเจนของทริปซินคือทริปซิโนเจนซึ่งจะถูกกระตุ้นโดยโปรตีเอสชนิดพิเศษมาก คือเอนเทอโรไคเนส ที่หลั่งโดยเยื่อบุของ ลำไส้เล็ก ส่วนต้น เมื่อทริปซินทำงานแล้ว มันยังสามารถตัดทริปซิโนเจนอื่นๆ รวมถึงสารตั้งต้นของโปรตีเอสอื่นๆ เช่น ไคโมทริปซินและคาร์บอกซีเปปติ เดส เพื่อกระตุ้นให้ทำงานได้ด้วย

ในแบคทีเรีย มีการใช้กลยุทธ์ที่คล้ายกันโดยใช้ไซโมเจนที่ไม่ทำงานหรือพรีไซโมเจน ซับทิลิซินซึ่งผลิตโดยBacillus subtilis นั้น ผลิตในรูปของพรีโปรซับทิลิซิน และจะถูกปล่อยออกมาก็ต่อเมื่อเปปไทด์สัญญาณถูกตัดออกและเกิดการกระตุ้นด้วยเอนไซม์โปรตีเอสแบบอัตโนมัติแล้วเท่านั้น

การสลายโปรตีนยังเกี่ยวข้องกับการควบคุมกระบวนการของเซลล์หลายอย่างโดยการกระตุ้นหรือยับยั้งเอนไซม์ ปัจจัยการถอดรหัส และตัวรับ ตัวอย่างเช่น ในการสังเคราะห์คอเลสเตอรอล^{[ 13 ]}หรือการไกล่เกลี่ยการส่งสัญญาณของทรอมบินผ่านตัวรับที่ถูกกระตุ้นโดยโปรตีเอส^{[ 14 ]}

เอนไซม์บางชนิดที่อยู่ในจุดควบคุมการเผาผลาญที่สำคัญ เช่น ออร์นิทีนดีคาร์บอกซิเลส จะถูกควบคุมโดยอัตราการสังเคราะห์และอัตราการสลายตัวของมันเอง โปรตีนอื่นๆ ที่ถูกสลายตัวอย่างรวดเร็ว ได้แก่ ผลิตภัณฑ์โปรตีนของโปรโตออนโคยีน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์

ไซคลินเป็นกลุ่มโปรตีนที่กระตุ้นไคเนสที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ การสลายตัวของไซคลินเป็นขั้นตอนสำคัญที่ควบคุมการออกจากไมโทซิสและการก้าวเข้าสู่รอบเซลล์ถัด ไป ^{[ 15 ]}ไซคลินจะสะสมในระหว่างรอบเซลล์ จากนั้นจะหายไปอย่างกะทันหันก่อนระยะแอนาเฟสของไมโทซิส ไซคลินจะถูกกำจัดออกไปโดยผ่านวิถีการสลายโปรตีนที่อาศัยยูบิควิตินเป็นตัวกลาง

แคสเปสเป็นกลุ่มโปรตีเอสที่สำคัญซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้อง กับ อะพอพโทซิสหรือการตายของเซลล์ ตามโปรแกรม โปรแคสเปสซึ่งเป็นสารตั้งต้นของแคสเปส อาจถูกกระตุ้นให้ทำงานได้โดยกระบวนการย่อยสลายโปรตีนผ่านการรวมตัวกับโปรตีนเชิงซ้อนที่ก่อตัวเป็นอะพอพโทโซมหรือโดยแกรนไซม์ บีหรือผ่านทางวิถี ของตัวรับความตาย

การสลายตัวเองเกิดขึ้นในโปรตีนบางชนิด โดยพันธะเปปไทด์จะถูกตัดออกในปฏิกิริยาภายในโมเลกุล ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยตนเอง ต่างจากไซโมเจนโปรตีนที่สลายตัวเองเหล่านี้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา "รอบเดียว" และไม่เร่งปฏิกิริยาเพิ่มเติมหลังจากการตัดออก ตัวอย่างเช่น การตัดพันธะ Asp-Pro ในโดเมนย่อยของปัจจัย von Willebrandชนิด D (VWD) ^{[ 16 ] [ 17 ]}และโดเมนการประมวลผลด้วยตนเอง FrpC ของNeisseria meningitidis ^{[ 18 ]}การตัดพันธะ Asn-Pro ใน โปรตีน Salmonella FlhB ^{[ 19 ]} โปรตีน YscU ของ Yersinia ^{[ 20 ]}รวมถึงการตัดพันธะ Gly-Ser ในโดเมนย่อยของโปรตีนสเปิร์มเม่นทะเล เอนเทอโรไคเนส และอะกริน (SEA) ^{[ 21 ]}ในบางกรณี การตัดแยกโปรตีนอัตโนมัติได้รับการส่งเสริมโดยความเครียดเชิงโครงสร้างของพันธะเปปไทด์^{[ 21 ]}

กิจกรรมการย่อยโปรตีนที่ผิดปกติเกี่ยวข้องกับโรคหลายชนิด^{[ 22 ]}ในตับอ่อนอักเสบ การรั่วไหลของโปรตีเอสและการกระตุ้นก่อนกำหนดในตับอ่อนส่งผลให้ตับอ่อนย่อยตัวเองผู้ที่เป็นโรคเบาหวานอาจมีกิจกรรมของไลโซโซมเพิ่มขึ้น และการย่อยสลายโปรตีนบางชนิดอาจเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โรคอักเสบเรื้อรัง เช่น โรคข้ออักเสบรูมาตอยด์อาจเกี่ยวข้องกับการปล่อยเอนไซม์ไลโซโซมออกสู่ช่องว่างนอกเซลล์ ซึ่งจะทำลายเนื้อเยื่อรอบข้าง การย่อยโปรตีนที่ผิดปกติอาจส่งผลให้เกิดโรคทางระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับอายุ เช่นโรคอัลไซเมอร์เนื่องจากการสร้างและการกำจัดเปปไทด์ที่ไม่มีประสิทธิภาพซึ่งรวมตัวกันในเซลล์^{[ 23 ]}

โปรตีเอสอาจถูกควบคุมโดยแอนติโปรตีเอสหรือสารยับยั้งโปรตีเอส และความไม่สมดุลระหว่างโปรตีเอสและแอนติโปรตีเอสอาจส่งผลให้เกิดโรคต่างๆ เช่น การทำลายเนื้อเยื่อปอดในโรคถุงลมโป่งพองที่เกิดจากการสูบบุหรี่ เชื่อกันว่าการสูบบุหรี่จะเพิ่ม จำนวนนิ วโทรฟิลและ แมโคร ฟา จ ในปอด ซึ่งจะปล่อยเอนไซม์โปรตีโอไลติกออกมามากเกินไป เช่นอีลาสตาส_จนไม่สามารถถูกยับยั้งโดยเซอพินเช่นα1- แอนติทริปซินได้อีกต่อไป ส่งผลให้เนื้อเยื่อเกี่ยวพันในปอดถูกทำลาย โปรตีเอสและสารยับยั้งอื่นๆ ก็อาจเกี่ยวข้องกับโรคนี้ด้วย เช่นเมทริกซ์เมทัลโลโปรตีเอ ส (MMPs) และสารยับยั้งเนื้อเยื่อของเมทัลโลโปรตีเอส (TIMPs) ^{[ 24 ]}

โรคอื่นๆ ที่เชื่อมโยงกับการสลายโปรตีนที่ผิดปกติ ได้แก่โรคกล้ามเนื้อเสื่อมโรคผิวหนังเสื่อม โรคระบบทางเดินหายใจและระบบทางเดินอาหาร และโรค มะเร็ง

โครงสร้างหลักของโปรตีนมีความเสถียรมากในน้ำที่ค่า pH เป็นกลางและอุณหภูมิห้อง แม้ว่าอัตราการไฮโดรไลซิสของพันธะเปปไทด์ที่แตกต่างกันอาจแตกต่างกันได้ก็ตาม ครึ่งชีวิตของพันธะเปปไทด์ภายใต้สภาวะปกติอาจมีตั้งแต่ 7 ปีถึง 350 ปี หรืออาจสูงกว่านั้นสำหรับเปปไทด์ที่ได้รับการปกป้องโดยปลายที่ดัดแปลงหรืออยู่ภายในโปรตีน^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} อย่างไรก็ตาม อัตราการไฮโดรไลซิสอาจเพิ่มขึ้นอย่างมากจากค่า pH และความร้อนที่สูงเกินไป การแตกตัวของโปรตีนโดยธรรมชาติอาจเกี่ยวข้องกับการเร่งปฏิกิริยาโดยสังกะสีบนซีรีนและทรีโอนีนด้วย^{[ 28 ]}

กรดแร่เข้มข้นสามารถไฮโดรไลซ์พันธะเปปไทด์ในโปรตีนได้อย่างง่ายดาย ( การไฮโดรไลซิสด้วยกรด ) วิธีมาตรฐานในการไฮโดรไลซ์โปรตีนหรือเปปไทด์ให้เป็นกรดอะมิโนที่เป็นส่วนประกอบเพื่อการวิเคราะห์คือการให้ความร้อนที่ 105 °C เป็นเวลาประมาณ 24 ชั่วโมงในกรดไฮโดรคลอริก 6M ^{[ 29 ]} อย่างไรก็ตาม โปรตีนบางชนิดทนต่อการไฮโดรไลซิสด้วยกรด ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือไรโบเอนไซม์ Aซึ่งสามารถทำให้บริสุทธิ์ได้โดยการบำบัดสารสกัดดิบด้วยกรดซัลฟิวริก ร้อน เพื่อให้โปรตีนอื่นๆ ถูกย่อยสลายในขณะที่ไรโบเอนไซม์ A ยังคงอยู่^{[ 30 ]}

สารเคมีบางชนิดทำให้เกิดการสลายโปรตีนเฉพาะหลังจากสารตกค้างที่เฉพาะเจาะจง และสามารถใช้สารเคมีเหล่านี้เพื่อสลายโปรตีนให้เป็นพอลิเปปไทด์ขนาดเล็กสำหรับการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการได้^{[ 31 ]}ตัวอย่างเช่นไซยาโนเจนโบรไมด์จะตัดพันธะเปปไทด์หลังจากเมไทโอนีน วิธีการที่คล้ายกันนี้อาจใช้เพื่อตัดพันธะ เปปไทด์ ทริปโตฟา นิล แอสปาร์ทิล ซิส เทอีนิลและ แอสปา ราจินิลโดยเฉพาะกรดเช่นกรดไตรฟลูออโรอะซิติกและกรดฟอร์มิกอาจใช้สำหรับการตัด

เช่นเดียวกับโมเลกุลชีวภาพอื่นๆ โปรตีนก็สามารถสลายตัวได้ด้วยความร้อนสูงเพียงอย่างเดียว ที่อุณหภูมิ 250 °C พันธะเปปไทด์อาจถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่าย โดยมีครึ่งชีวิตลดลงเหลือประมาณหนึ่งนาที^{[ 29 ] [ 32 ]}โปรตีนอาจสลายตัวได้โดยไม่ต้องไฮโดรไลซิสผ่านกระบวนการไพโรไลซิสสารประกอบเฮเทอโรไซคลิกขนาดเล็กอาจเริ่มก่อตัวขึ้นเมื่อเกิดการสลายตัว ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 °C อาจเกิดไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกโพลีไซคลิก ขึ้นได้ ^{[ 33 ] [ 34 ]}ซึ่งเป็นสิ่งที่น่าสนใจในการศึกษาการเกิดสารก่อมะเร็งในควันบุหรี่และการปรุงอาหารด้วยความร้อนสูง^{[ 35 ] [ 36 ]}

กระบวนการย่อยสลายโปรตีนยังถูกนำมาใช้ในการวิจัยและการวินิจฉัยโรคด้วย:

• การตัดแยกโปรตีนลูกผสมเพื่อกำจัดโปรตีนคู่ร่วมและแท็กโปรตีนที่ใช้ใน การแสดงออก และการทำให้บริสุทธิ์ ของ โปรตีนเอนไซม์โปรตีเอสที่ใช้มีความจำเพาะสูง เช่นทรอมบิน เอน เทอโรไคเนสและทีวีโปรตีเอสเพื่อให้ตัดเฉพาะลำดับเป้าหมายเท่านั้น
• การยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ที่ไม่พึงประสงค์อย่างสมบูรณ์หรือการกำจัดโปรตีนที่ไม่ต้องการ ตัวอย่างเช่นโปรตีเนส Kซึ่งเป็นโปรตีเนสที่มีสเปกตรัมกว้างและเสถียรในยูเรียและSDSมักใช้ในการเตรียมกรดนิวคลีอิกเพื่อกำจัด สารปนเปื้อน นิวคลีเอส ที่ไม่ต้องการ ซึ่งอาจทำให้ DNA หรือ RNA เสื่อมสภาพได้^{[ 37 ]}
• การทำให้โปรตีนเฉพาะบางส่วนไม่ทำงาน หรือเปลี่ยนการทำงานของโปรตีนเฉพาะนั้น ตัวอย่างเช่น การบำบัดDNA polymerase Iด้วยซับทิลิซินจะให้ผลลัพธ์เป็นKlenow fragmentซึ่งยังคงรักษาการทำงานของ polymerase ไว้ แต่ขาดกิจกรรม 5'-exonuclease ^{[ 38 ]}
• การย่อยโปรตีนในสารละลายเพื่อวิเคราะห์โปรตีโอมโดยใช้โครมาโทกราฟีของเหลว-แมสสเปกโทรเมตรี (LC-MS) นอกจากนี้ยังสามารถทำได้โดย การย่อย โปรตีนในเจลหลังจากแยกด้วยเจลอิเล็กโทรโฟเรซิสเพื่อระบุชนิดโดยใช้แมสสเปกโทรเมตรี
• การวิเคราะห์ความเสถียรของโดเมนที่พับภายใต้เงื่อนไขที่หลากหลาย^{[ 39 ]}
• อัตราความสำเร็จที่เพิ่มขึ้นของโครงการตกผลึก^{[ 40 ]}
• การผลิตโปรตีนที่ผ่านการย่อยแล้วซึ่งใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อสำหรับเพาะเลี้ยงแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่นทริปโทนในน้ำซุปไลโซเจนี

โปรตีเอสอาจถูกจัดประเภทตามกลุ่มเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งออกฤทธิ์^{[ 41 ]}

• ซิสเทอีนโปรตีเอส
• เซรินโปรตีเอส
• ทรีโอนีนโปรตีเอส
• แอสปาร์ติกโปรตีเอส
• กลูตามิกโปรตีเอส
• เมทัลโลโปรตีเอส
• แอสพาราจีนเปปไทด์ไลเอส

พิษบางชนิด เช่น พิษที่ผลิตโดยงู พิษ สามารถทำให้เกิดการสลายโปรตีนได้เช่นกัน พิษเหล่านี้เป็นของเหลวย่อยอาหารที่ซับซ้อนซึ่งเริ่มทำงานนอกร่างกาย พิษที่ทำให้เกิดการสลายโปรตีนก่อให้เกิดผลกระทบที่เป็นพิษหลากหลาย^{[ 42 ]}รวมถึงผลกระทบดังต่อไปนี้:

• เป็นพิษต่อเซลล์ (ทำลายเซลล์)
• เป็นพิษต่อระบบเลือด (ทำลายเลือด)
• สารทำลายกล้ามเนื้อ ( Myotoxic )
• เลือดออก (มีเลือดออก)

• แผนที่การย่อยสลายโปรตีน
• PROTOMAPคือเทคโนโลยีโปรตีโอมิกส์สำหรับการระบุสารตั้งต้นที่ถูกย่อยสลายด้วยเอนไซม์โปรตีเอส

• Thomas E Creighton (1993). โปรตีน: โครงสร้างและคุณสมบัติระดับโมเลกุล (ฉบับที่ 2). WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-2317-2.

• วารสาร Journal of Proteolysisเป็นวารสารแบบเปิดเผยข้อมูลที่ให้เวทีระดับนานาชาติสำหรับการเผยแพร่บทความและบทวิจารณ์คุณภาพสูงในทุกสาขาของการย่อยสลายโปรตีนและกระบวนการย่อยสลายโปรตีนในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์
• แผนผังแสดงเส้นทางการสลายโปรตีน (Proteolysis MAP) จากศูนย์วิจัยเส้นทางการสลายโปรตีน (Center on Proteolytic Pathways)