Als Proteolyse (von griechisch lysis, „Auflösung“) bezeichnet man den biochemischen Abbau von Proteinen. Von Autoproteolyse spricht man, wenn sich ein Protein, beispielsweise eine Peptidase, selbst abbaut. Abhängig davon, wo die Proteolyse stattfindet, unterscheidet man:

1. Intrazelluläre Proteolyse
   • Abbau zelleigener Proteine im Proteasom
   • Abbau von durch Phagozytose aufgenommenen Proteinen im Lysosom
2. Extrazelluläre Proteolyse
   • Abbau von Proteinen der extrazellulären Matrix durch sezernierte oder membranständige Proteasen auf zellulärer Ebene
   • Abbau von über die Nahrung aufgenommenen Proteinen im Gastrointestinaltrakt über im Magen, Duodenum oder Pankreas synthetisierten Proteasen (beispielsweise Pepsin, Carboxypeptidasen, Aminopeptidasen, Trypsin, Chymotrypsin, Elastase, Kollagenase).

Die bei der Proteolyse frei werdenden Peptide und Aminosäuren können zur Proteinbiosynthese wiederverwendet oder zur Energiegewinnung genutzt werden.

Der Organismus verwendet die Proteolyse auch zur Freisetzung von Peptiden und Proteinen aus Zymogen (= limitierte Proteolyse), beispielsweise ADH und Neurophysin, zur Aktivierung von Proenzymen oder zur posttranslationalen Modifikation.