Baltymų ubikvitinacija yra reguliavimo procesas, vykstantis ląstelėje, kad būtų skaidomos baltymų molekulės. Proceso metu maži baltymai, žinomi kaip ubikvitinai, prisitvirtina prie baltymų molekulių, kurios turi būti skaidomos. Šios ubikvitino molekulės veiksmingai signalizuoja, kad baltymas skaidomas proteosomoje arba baltymų skaidytoju. Baltymų ubikvitinacija vyksta keliais etapais, kurie visi svarbūs normaliems ląstelių procesams, nes ląstelės, reaguodamos į aplinkos pokyčius, nuolat kuria ir skaido naujus baltymus.
Pirma, ubikvitino molekulė turi būti aktyvuota, kad būtų galima pažymėti kitus baltymus, o tai atlieka ubikvitiną aktyvinantis fermentas E1. Šis baltymų ubikvitinacijos etapas priklauso nuo energijos, o tai reiškia, kad ląstelė turi eikvoti energiją per adenozino trifosfatą (ATP). E2 arba ubikvitiną konjuguojantis fermentas naudojamas antrajame proceso etape, kai vyksta kita cheminė reakcija, žinoma kaip transtioesterifikacija.
Kai ubikvitinas praeina šiuos du etapus, jis prisijungia prie E3 arba ubikvitino-baltymų ligazės. Žmogaus ląstelėse yra daugiau nei 100 E3 fermentų, kurių kiekvienas yra specifinis vienam baltymui, žinomam kaip substratas arba tikslinis baltymas. Kadangi taip pat yra daug E2 molekulių, įvairūs trijų pagrindinių fermentų deriniai leidžia pasiekti aukštą kiekvieno substrato specifiškumo lygį. Tai padeda ląstelei atidžiai stebėti tarpląstelines sąlygas ir supaprastinti baltymų atrankos skaidymui procesą. Aktyvuotas E3 fermentas prisijungs prie substrato ir ubikvitino molekulės, sujungdamas dvi molekules ir vykdydamas baltymų ubikvitinaciją visoje ląstelėje.
Paprastai reikalingos mažiausiai trys ar keturios ubikvitino molekulės, kad būtų pranešta, kad baltymo substratas bus suskaidytas proteosomos. Tolesnis baltymų ubikvitinavimas dažnai gali būti atliktas naudojant tą patį E3, kuris inicijuoja pirmąjį ubikvitino molekulės pridėjimą. Kai substratas turės pakankamai ilgą ubikvitino grandinę, proteosoma jį apgaubs ir vėl suskaidys į aminorūgštis, didesnių baltymų statybinius blokus.
Baltymų ubikvitinacija ne visada rodo, kad molekulė suyra. Ubikvitino molekulės kartais nukreipia substratą į kitą ląstelės dalį, o kartais tiesiog pakeis jos funkciją. Kai ubikvitinas naudojamas šiems signalų tikslams, jis paprastai yra tik kaip vienas prijungtas vienetas, nors yra keletas retų atvejų, kai daugiau nei viena ubikvitino molekulė vis tiek modifikuojasi, o ne skaidosi. Ląstelėse taip pat yra specialių fermentų, žinomų kaip deubikvitinazės, kurie gali pašalinti ubikvitino molekules iš pažymėtų baltymų ir pakeisti procesą.