Proteiinien ubikvitinaatio on säätelyprosessi, joka tapahtuu solussa proteiinimolekyylien hajottamiseksi. Prosessin aikana pienet proteiinit, jotka tunnetaan nimellä ubikvitiinit, kiinnittyvät hajotettaviin proteiinimolekyyleihin. Nämä ubikvitiinimolekyylit signaalivat tehokkaasti proteiinin hajoamisesta proteosomilla tai proteiinin hajottajalla. Proteiinien ubikvitinaatiossa on useita vaiheita, jotka kaikki ovat tärkeitä normaaleille soluprosesseille, koska solut luovat jatkuvasti ja hajottavat uusia proteiineja vastauksena ympäristön muutoksiin.
Ensinnäkin ubikvitiinimolekyyli on aktivoitava muiden proteiinien leimaamiseksi, mikä vaihe saavutetaan ubikitiinia aktivoivan entsyymin E1 avulla. Tämä vaihe proteiinien ubikvitinaatiossa on energiariippuvainen, mikä tarkoittaa, että se vaatii solua kuluttamaan energiaa adenosiinitrifosfaatin (ATP) kautta. E2: ta tai ubikitiinia konjugoivaa entsyymiä käytetään prosessin toisessa vaiheessa, jossa tapahtuu toinen kemiallinen reaktio, joka tunnetaan transtioesteröintinä.
Kun ubikvitiini on läpäissyt nämä kaksi vaihetta, se sitoutuu E3: een tai ubikvitiini-proteiiniligaasiin. Ihmissoluissa on yli 100 E3 -entsyymiä, joista jokainen on spesifinen yhdelle proteiinille, joka tunnetaan substraattina tai kohdeproteiinina. Koska on myös monia E2 -molekyylejä, kolmen pääentsyymin eri yhdistelmät mahdollistavat korkean spesifisyyden jokaiselle substraatille. Tämä auttaa solua seuraamaan huolellisesti solunsisäisiä olosuhteita ja virtaviivaistamaan proteiinien hajoamista varten valitsemista. Aktivoitu E3 -entsyymi sitoutuu sekä substraattiin että ubikitiinimolekyyliin yhdistämällä nämä kaksi molekyyliä ja jatkamalla proteiinien ubikvitinaatiota koko solussa.
Vähintään kolme tai neljä ubikitiinimolekyyliä tarvitaan yleensä signaaliksi proteiinisubstraatin hajoamisesta proteosomilla. Proteiinien edelleen ubikvitinaatio voidaan usein suorittaa samalla E3: lla, joka aloittaa ubikitiinimolekyylin ensimmäisen lisäyksen. Kun substraatilla on riittävän pitkä ubikitiiniketju, proteosomi verhoaa sen ja hajottaa sen takaisin aminohapoiksi, suurempien proteiinien rakennuspalikoiksi.
Proteiinien ubikvitinaatio ei aina merkitse molekyylin hajoamista. Ubikvitiinimolekyylit ohjaavat toisinaan substraattia siirtymään toiseen solun osaan, kun taas toisinaan ne yksinkertaisesti muuttavat sen toimintaa. Kun ubikvitiiniä käytetään näihin signaalitarkoituksiin, se on yleensä läsnä vain yhtenä liitettynä yksikönä, vaikka on muutamia harvinaisia tapauksia, joissa useampi kuin yksi ubikitiinimolekyyli toimii edelleen muuntamisen sijaan hajoamisen sijaan. Solut sisältävät myös erityisiä entsyymejä, jotka tunnetaan nimellä deubikvitinaasit, jotka voivat poistaa ubikitiinimolekyylejä leimattuista proteiineista ja kääntää prosessin.