Katabolisme protein ialah proses di mana protein dipecahkan kepada asid aminonya. Ini juga dipanggil sebagai proteolisis, dan boleh diikuti dengan penguraian asid amino selanjutnya.

Katabolisme melalui enzim

Protease

Pada asalnya dianggap hanya mengganggu tindak balas enzim, protease (juga dikenali sebagai peptidase) sebenarnya membantu mengkatabolisme protein melalui pembelahan, dan mencipta protein baharu yang tidak ada sebelum ini. Protease juga membantu mengawal laluan metabolisme. Satu cara mereka melakukan ini adalah dengan membelah enzim dalam laluan yang tidak perlu dilaksanakan (cth., glukoneogenesis apabila kepekatan glukosa darah tinggi). Ini membantu untuk menjimatkan tenaga sebanyak mungkin dan mengelakkan kitaran yang sia-sia. Kitaran sia-sia berlaku apabila laluan katabolik dan anabolik kedua-duanya berkuat kuasa pada masa yang sama, pada kadar yang sama. Oleh kerana molekul perantaraan yang dicipta diambil, badan tidak mendapat keuntungan bersih. Tenaga hilang melalui kitaran yang sia-sia. Protease menghalang kitaran ini daripada berlaku dengan mengubah kadar salah satu laluan, atau dengan membelah enzim utama, dan menghentikan salah satu laluan. Protease juga tidak spesifik apabila mengikat substrat, membolehkan kepelbagaian yang besar di dalam sel dan protein lain kerana ia boleh dibelah dengan lebih mudah dengan cara yang cekap tenaga.[20]

Kerana banyak protease tidak spesifik, ia dikawal ketat dalam sel. Tanpa peraturan, protease akan memusnahkan banyak protein yang penting buat proses fisiologi. Satu cara badan mengawal protease adalah melalui perencat protease. Perencat protease termasuk protein lain, peptida kecil atau molekul. Terdapat dua jenis perencat protease: berbalik dan tidak berbalik. Perencat protease berbalik membentuk interaksi bukan kovalen dengan protease untuk mengehadkan fungsinya. Mereka boleh menjadi perencat berpersaingan, tidak berpersaingan dan tanpa persaingan. Perencat berpersaingan bersaing dengan peptida untuk mengikat tapak aktif protease. Perencat tak berpersaingan mengikat protease manakala peptida terikat tetapi tidak biarkan protease membelah ikatan peptida. Perencat tanpa persaingan pula boleh melakukan kedua-duanya. Perencat protease tak berbalik mengubah suai tapak aktif protease melalui ikatan kovalen supaya ia tidak boleh membelah peptida.[21]

Eksopeptidase

Eksopeptidase ialah enzim yang boleh membelah hujung rantai sisi asid amino kebanyakannya melalui penambahan air.[6] Enzim eksopeptidase wujud dalam usus kecil. Enzim ini mempunyai dua kelas: aminopeptidase ialah enzim "sempadan berus" dan karboksipeptidase yang berasal dari pankreas. Aminopeptidase ialah enzim yang mengeluarkan asid amino daripada terminal amino protein. Mereka hadir dalam semua bentuk hidupan, dan sangat penting untuk kelangsungan hidup kerana mereka melakukan banyak tugas selul untuk mengekalkan kestabilan. Bentuk peptidase ini ialah metaloenzim zink, dan direncat oleh analog keadaan peralihan. Analog ini adalah serupa dengan keadaan peralihan sebenar, jadi ia boleh membuat enzim mengikatnya berbanding keadaan peralihan sebenar lalu menghalang pengikatan substrat dan mengurangkan kadar tindak balas.[22] Karboksipeptidase terbelah pada hujung karboksil protein. Walaupun ia boleh mengkatabolismekan protein, ia lebih kerap digunakan dalam pengubahsuaian pascatranskripsi.[23]

Endopeptidase

Endopeptidase ialah enzim yang menambah air kepada ikatan peptida dalaman dalam rantai peptida lalu memecahkan ikatan tersebut.[6] Tiga endopeptidase lazim dari pankreas ialah pepsin, tripsin, dan kimotripsin. Kimotripsin melakukan tindak balas hidrolisis yang membelah selepas sisa aromatik. Asid amino utama yang terlibat ialah serina, histidina dan asid aspartik. Mereka semua memainkan peranan dalam membelah ikatan peptida. Ketiga-tiga asid amino ini dikenali sebagai triad pemangkinan, bererti bahawa ketiga-tiga ini mesti ada bagi fungsi yang betul.[6] Tripsin membelah selepas sisa bercas positif yang lama dan mempunyai poket pengikat bercas negatif di tapak aktif. Kedua-duanya dihasilkan sebagai zimogen, bermakna ia mula-mula dihasilkan dalam keadaan tidak aktif, dan diaktifkan melalui hidrolisis.[2] Interaksi bukan kovalen seperti ikatan hidrogen antara tulang belakang peptida dan triad pemangkin membantu meningkatkan kadar tindak balas, membolehkan peptidase ini membelah banyak peptida dengan cekap.[6]

Katabolisme protein melalui perubahan persekitaran

pH

Protein selular dipegang dalam pH yang agak tetap untuk mengelakkan perubahan dalam keadaan protonasi asid amino.[24] Jika pH menurun, beberapa asid amino dalam rantai polipeptida boleh menjadi terprotonasi jika pKa kumpulan R mereka lebih tinggi daripada pH baharu. Protonasi boleh mengubah cas kumpulan R ini. Jika pH meningkat, beberapa asid amino dalam rantai boleh ternyahproton jika pKa kumpulan R lebih rendah daripada pH baharu. Ini juga mengubah cas kumpulan R. Memandangkan banyak asid amino berinteraksi dengan asid amino lain berdasarkan tarikan elektrostatik, penukaran cas boleh memecahkan interaksi ini. Kehilangan interaksi ini mengubah struktur protein, dan mengubah fungsi protein sehingga membawa manfaat atau memudaratkan. Perubahan ketara dalam pH malah boleh mengganggu banyak interaksi yang dibuat oleh asid amino dan penyahaslian protein.[24]

Suhu

Apabila suhu dalam persekitaran meningkat, molekul bergerak lebih cepat. Ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik merupakan daya penstabilan penting dalam protein. Jika suhu meningkat dan molekul yang mengandungi interaksi ini bergerak terlalu cepat, interaksi menjadi terjejas atau pecah. Pada suhu tinggi, interaksi ini tidak boleh terbentuk, dan protein berfungsi pula ternyahasli.[25] Walau bagaimanapun, ia bergantung kepada dua faktor; jenis protein yang digunakan dan jumlah haba yang digunakan. Jumlah haba yang digunakan menentukan sama ada perubahan dalam protein ini kekal atau jika ia boleh diubah kembali kepada bentuk asalnya.[26]