Identificada por primera vez en 1975, la ubiquitina (Ub) se encuentra como una proteína aislada en mollejas de ternera, y se suponía que tenía algo que ver con la maduración de los glóbulos blancos. Más tarde se encontró en todos los tejidos de organismos eucariotas de muchas especies y se le dio el nombre de ubiquitina, que deriva de la palabra latina para «en todas partes». Es una proteína reguladora responsable del reciclaje de proteínas que cumple con sus responsabilidades al unirse a las proteínas y marcarlas para su destrucción. Esta etiqueta dirige las proteínas etiquetadas al complejo de proteasoma que las degrada y recicla, o la etiqueta puede dirigir a otras proteínas para su modificación, reparación de ácido desoxirribonucleico (ADN) o transcripción de genes. Se considera la más conservadora de todas las proteínas porque su secuencia de 76 aminoácidos difiere muy ligeramente en todas las especies, ya sean vegetales, animales o humanos.
El proceso por el cual esta proteína marca las proteínas utiliza tres enzimas: E1, que activa Ub y la pone en un estado reactivo, E2, que luego cataliza la unión de Ub a las proteínas, y E3, una ubiquitina-ligasa que identifica a la proteína. . En esta cascada de enzimas, Ub es capaz de disipar las protecciones de la proteína contra los proteasomas, de modo que el proteasoma pueda degradarlo y destruirlo rápidamente. Las acumulaciones de proteínas aberrantes dentro de una célula a menudo surgen de mutaciones del ADN o traducciones erróneas de genes. Dado que estas proteínas aberrantes pueden causar estragos en las funciones de una célula, se cree que estos estragos son la angustia subyacente que conduce a enfermedades como las enfermedades de Alzheimer, Huntington y Parkinson. Hacer uso de la degradación mediada por proteasomas es una de las formas en que una célula puede lograr la reparación y expulsión de las proteínas aberrantes.
Cuando la ubiquitina se adhiere a una proteína, también puede atraer más moléculas de ubiquitina a la escena para adherirse. Estos interactúan con él y en ocasiones realizan modificaciones como la destrucción de los espermatozoides después de que ocurre la fertilización, regulando la degradación hasta la destrucción, o el procesamiento de antígenos y las transcripciones y reparaciones del ADN. Tiene una variedad tan grande de funciones dentro de las proteínas de una célula que ha llevado a algunos a creer que tiene un papel en casi todos los procesos celulares. También hay muchas proteínas similares a la ubiquitina (UBL) que tienen funciones divergentes en las modificaciones de las células. Uno es un modificador del gen estimulante del interferón, otro es un regulador a la baja de las células neuronales y otro más se ocupa de los antígenos F en los leucocitos humanos.
Los departamentos de histología pueden usar anticuerpos contra esta sustancia para identificar células con acumulaciones anormales de proteínas aberrantes en las células y usar estos anticuerpos como marcadores de enfermedad. La investigación ha desarrollado el uso de este antígeno para detectar ovillos neurofibrilares asociados con la enfermedad de Alzheimer, inclusiones en enfermedades de las neuronas motoras y múltiples cuerpos en la enfermedad hepática alcohólica. Existen algunos trastornos genéticos asociados con la ubiquitina. Una es una mutación de una ubiquitina-ligasa E3 que conduce a un retraso del crecimiento autosómico recesivo llamado síndrome 3M. Otro es una mala regulación y alteración de un gen en el síndrome de Liddle, que causa hipertensión. También se cree que una alteración genética es la causa del síndrome de Angelman, que una vez más se remonta a la disfunción de la ubiquitina-ligasa E3.
Se ha descubierto que casi el 50% de todos los tumores cancerosos tienen deficiencia de una proteína en particular que ha sido apodada la «guardiana del genoma». Siempre que las células puedan producir este gen en particular, se prohíbe el desarrollo de cáncer en una célula. La ubiquitina y su ubiquitina-ligasa E3 se unen a esta proteína en particular en una célula y esta unión produce una reparación del ADN de la proteína y le permite recuperar su viabilidad. El sistema de ubiquitina-proteasoma también reduce el tamaño de las proteínas del virus para su destrucción y ayudar al sistema inmunológico del cuerpo. Recién en mayo de 2011, se anunció en la 102ª Convención de la Asociación Estadounidense para la Investigación del Cáncer que los procesos enzimáticos de la proteína se han relacionado con ayudar al cuerpo a no rechazar las quimioterapias en los cánceres de pulmón de células no pequeñas.