L’ubiquitinazione è il processo di legame dell’ubiquitina, una piccola proteina regolatrice funzionale, a un’altra molecola mirata. Come la fosforilazione, l’ubiquitinazione può aggiungere siti di attività a una molecola o modificare il ruolo di quella molecola all’interno del corpo, anche se l’associazione più comune che gli scienziati hanno con questo processo è che contrassegna le proteine mirate per la degradazione. Dopo che una molecola ha attraversato il processo di ubiquitinazione più di una volta, quella molecola viene quindi etichettata per la digestione attraverso il proteasoma. L’ubiquitinazione aiuta un organismo a monitorare l’uso di una molecola in modo che sia più probabile che la molecola venga digerita quando è in circolazione da molto tempo.
L’ubiquitina si lega ai gruppi di lisina delle proteine bersaglio attraverso l’attività dell’ubiquitina ligasi (E3) e di un enzima coniugante l’ubiquitina (E2). Queste proteine facilitano l’attivazione e l’adesione dell’ubiquitina direttamente alla proteina bersaglio o ad altre proteine dell’ubiquitina che sono già state attaccate alla proteina bersaglio. Alcune proteine sono ubiquinate solo una volta, creando un gruppo funzionale aggiuntivo nel sito della lisina. Alcuni enzimi sono in grado di legarsi con l’ubiquitina, quindi una singola istanza di ubiquitinazione su una proteina non la contrassegna necessariamente per la degradazione attraverso la via del proteasoma. Piuttosto, la funzione della proteina bersaglio può essere alterata da un singolo aderente all’ubiquitina a causa dell’aggiunta di un nuovo gruppo funzionale o sito di legame enzimatico.
Quando una catena di più di una molecola di ubiquitina si attacca alla stessa proteina bersaglio, indipendentemente dal fatto che la catena sia attaccata in massa o attaccata attraverso più fasi di una singola istanza di ubiquitinazione, si dice che quella proteina è poliubiquinata. Le catene di poliubiquitinazione non hanno uno scopo noto, tranne che per marcare le proteine bersaglio per la degradazione. Singole istanze di ubiquitinazione su parti diverse della stessa molecola non formano catene di poliubiquitinazione e non segnano necessariamente la proteina bersaglio per la digestione attraverso il proteasoma.
L’ubiquitina si trova in quasi tutti i tessuti degli organismi eucarioti e può essere trovata associata a quasi tutte le proteine, quindi le viene dato un nome che significa vagamente “proteina che è ovunque”. Può essere etichettato con qualsiasi proteina che contenga un gruppo di lisina disponibile. È evolutivamente vantaggioso per tutte le cellule degli organismi eucarioti sfruttare il processo di ubiquitinazione perché rimuove le proteine rotte, consumate o subfunzionali dalla circolazione prima che le proteine smettano di funzionare completamente. Un sistema che rimuove preventivamente le proteine dall’uso e contrassegna il riciclaggio delle proteine mantiene le cellule sane su base cellulare individuale, fornendo la ragione della conservazione evolutiva e dell’ubiquità di questo processo.