Ubikwitynacja białek jest procesem regulacyjnym zachodzącym w komórce w celu degradacji cząsteczek białek. Podczas tego procesu małe białka znane jako ubikwityny przyczepiają się do cząsteczek białek, które mają zostać zdegradowane. Te cząsteczki ubikwityny skutecznie sygnalizują białku rozkład przez proteosom lub degradator białka. Istnieje kilka etapów ubikwitynacji białek, z których wszystkie są ważne dla normalnych procesów komórkowych, ponieważ komórki nieustannie tworzą i degradują nowe białka w odpowiedzi na zmiany środowiskowe.
Po pierwsze, cząsteczka ubikwityny musi zostać aktywowana w celu znakowania innych białek, co jest realizowane przez enzym aktywujący ubikwitynę, E1. Ten etap ubikwitynacji białek jest zależny od energii, co oznacza, że wymaga od komórki wydatkowania energii poprzez trifosforan adenozyny (ATP). E2 lub enzym sprzęgający ubikwitynę jest stosowany w drugim etapie procesu, w którym zachodzi inna reakcja chemiczna znana jako transtioestryfikacja.
Po przejściu tych dwóch etapów ubikwityna wiąże się z E3 lub ligazą białkową ubikwityny. W ludzkich komórkach występuje ponad 100 enzymów E3, z których każdy jest specyficzny dla jednego białka, znanego jako substrat lub białko docelowe. Ponieważ istnieje również wiele cząsteczek E2, różne kombinacje trzech głównych enzymów pozwalają na wysoki poziom specyficzności dla każdego substratu. Pomaga to komórce dokładnie monitorować warunki wewnątrzkomórkowe i usprawnić proces selekcji białek do degradacji. Aktywowany enzym E3 będzie wiązał się zarówno z substratem, jak i cząsteczką ubikwityny, łącząc obie cząsteczki i prowadząc do ubikwitynacji białek w całej komórce.
Zwykle potrzebne są co najmniej trzy lub cztery cząsteczki ubikwityny, aby zasygnalizować degradację substratu białkowego przez proteosom. Dalszą ubikwitynację białek można często osiągnąć za pomocą tego samego E3, które inicjuje pierwszą addycję cząsteczki ubikwityny. Gdy substrat ma wystarczająco długi łańcuch ubikwityny, proteosom otoczy go i zdegraduje z powrotem do aminokwasów, cegiełek budulcowych dla większych białek.
Ubikwitynacja białek nie zawsze sygnalizuje cząsteczce degradację. Cząsteczki ubikwityny czasami kierują substrat, aby przenieść się do innej części komórki, a innym razem po prostu zmieniają jego funkcję. Kiedy ubikwityna jest używana do tych celów sygnałowych, zwykle występuje jako tylko jedna przyłączona jednostka, chociaż istnieje kilka rzadkich przypadków, w których więcej niż jedna cząsteczka ubikwityny nadal będzie działać, aby zmodyfikować, a nie degradować. Komórki zawierają również specjalne enzymy znane jako deubikwitynazy, które mogą usuwać cząsteczki ubikwityny ze znakowanych białek i odwracać ten proces.