Ubiquitinarea proteinelor este un proces de reglare care are loc în interiorul unei celule pentru a degrada moleculele de proteine. În timpul procesului, proteinele mici cunoscute sub numele de ubiquitine se atașează la moleculele de proteine care urmează să fie degradate. Aceste molecule de ubiquitină semnalează eficient proteina pentru degradare de către un proteozom sau un degradator de proteine. Există mai mulți pași în ubiquitinarea proteinelor, toți fiind importanți pentru procesele celulare normale, deoarece celulele creează și degradează în mod constant noi proteine ca răspuns la schimbările de mediu.
În primul rând, molecula de ubiquitină trebuie activată pentru a marca alte proteine, un pas care este realizat de enzima de activare a ubiquitinei, E1. Acest pas în ubiquitinarea proteinelor este dependent de energie, ceea ce înseamnă că necesită celulei să cheltuiască energie prin adenozin trifosfat (ATP). E2, sau enzima de conjugare a ubiquitinei, este utilizată în a doua etapă a procesului, unde are loc o altă reacție chimică cunoscută sub numele de transtioesterificare.
Odată ce ubiquitina a trecut de acești doi pași, se leagă de E3, sau ubiquitin-protein ligaza. Există peste 100 de enzime E3 în celulele umane, fiecare dintre acestea fiind specifică pentru o proteină, cunoscută drept substrat sau proteină țintă. Deoarece există și multe molecule E2, diferitele combinații ale celor trei enzime principale permit un nivel ridicat de specificitate pentru fiecare substrat. Acest lucru ajută o celulă să monitorizeze cu atenție condițiile intracelulare și să simplifice procesul de selectare a proteinelor pentru degradare. Enzima E3 activată se va lega atât de substrat, cât și de molecula de ubiquitină, unind cele două molecule și ducând la ubiquitinarea proteinelor în întreaga celulă.
Cel puțin trei sau patru molecule de ubiquitină sunt de obicei necesare pentru a semnala substratului proteic care urmează să fie degradat de proteozom. Ubiquitinarea ulterioară a proteinelor poate fi adesea realizată de același E3 care inițiază prima adăugare a unei molecule de ubiquitină. Odată ce substratul are un lanț de ubiquitină suficient de lung, proteozomul îl va înveli și îl va degrada înapoi în aminoacizi, elementele de bază ale proteinelor mai mari.
Ubiquitinarea proteinelor nu semnalează întotdeauna o moleculă pentru degradare. Moleculele de ubiquitină direcționează uneori un substrat să se deplaseze într-o altă parte a celulei, în timp ce alteori își vor modifica pur și simplu funcția. Când ubiquitina este utilizată în aceste scopuri de semnal, este prezentă în general ca o singură unitate atașată, deși există câteva cazuri rare în care mai mult de o moleculă de ubiquitină va acționa în continuare pentru a modifica, spre deosebire de degradare. Celulele conțin, de asemenea, enzime speciale cunoscute sub numele de deubiquitinaze care pot elimina moleculele de ubiquitină din proteinele marcate și pot inversa procesul.