Proteinlerin sindirimi, peptit bağlarının hidroliz edilerek parçalara ayrılması ve bu parçalanmanın amino asitlere kadar devam etmesi sürecidir. Proteinlerin vücut tarafından kullanılabilmesi için, amino asitlerine kadar parçalanmaları gerekmektedir.

Sindirim midede başlamaktadır. Mideye ulaşan proteinler, burada bulunan mide asidinin etkisi altında kalır. Mide asidinin çok kuvvetli olması ve mide salgısında bulunan pepsin enzimi ile birleşmesi sonucu, proteinler az miktarda amino asit ve polipeptidlere parçalanır. Pepsin enzimi, protein bağlarının 1/5 ve 1/10'unu parçalara ayırır. Pepsin enzimi, mide mukozasında inaktif olarak bulunur ve aktif olabilmesi için mide boşluğuna salındığında HCl ve pepsin otokataliz yoluyla aktifleşir.

Bundan sonra, ince bağırsağa ilerleyen polipeptidler pankreastan salgılanan kimotripsin ve tripsin enzimlerinin etkisi altına girer. Bu sayede polipeptidler daha fazla amino asit ve daha küçük polipeptid parçalarına ayrılır. Pepsin, tripsin ve kimotripsin, protein molekülünün iç kısımlarındaki peptit bağlarını etkilediği için "endopeptidaz" olarak adlandırılırlar. Tripsin enzimi, pankreas salgı hücrelerinde aktif olmayan tripsinojen formunda bulunurken, aktifleşmesi için tripsinojenin enterokinaz enzimi ve tripsin otokataliz yoluyla aktive edilmesi gerekmektedir. Kimotripsin de pankreas salgı hücrelerinde inaktif formda bulunur ve tripsin sayesinde aktif hale gelir.

Tripsin ve kimotripsinin parçalanması sonucu oluşan polipeptidler, daha sonra karboksipeptidaz ve aminopeptidaz enzimlerinin etkisine maruz kalır. Polipeptid zincirinin aminopeptidaz NH2 ucundan, karboksipeptidaz ise COOH ucundan başlayarak parçalanır. Karboksipeptidaz ve aminopeptidaz sindirimi sonucunda amino asitler, tripeptidler ve dipeptidler oluşur. Pankreasın dış salgısı ile karboksipeptidazlar bağırsak boşluğuna ulaşır ve ince bağırsak salgısı ile aminopeptidazlar sindirim kanalına geçer. Bu süreçlerin sonucunda oluşan tripeptidler ve dipeptidler, son aşamada tripeptidaz ve dipeptidazlar tarafından amino asitlere parçalanır. Protein sindiriminde aminopeptidaz, karboksipeptidaz, tripeptidaz ve dipeptidazlar peptid zincirinin dışından başlayarak etki ettiğinden "ektopeptidaz" olarak adlandırılır.

Proteinlerin sindirimi sonucunda sindirim kanalında serbest amino asitlerden oluşan bir karışım meydana gelir.