L’ubiquitination est le processus d’attachement de l’ubiquitine, une petite protéine régulatrice fonctionnelle, à une autre molécule ciblée. Comme la phosphorylation, l’ubiquitination peut ajouter des sites d’activité à une molécule ou modifier le rôle de cette molécule dans le corps, bien que l’association la plus courante des scientifiques avec ce processus soit qu’elle marque les protéines ciblées pour la dégradation. Après qu’une molécule ait traversé le processus d’ubiquitination plus d’une fois, cette molécule est ensuite étiquetée pour la digestion par le protéasome. L’ubiquitination aide un organisme à suivre l’utilisation d’une molécule afin que la molécule soit plus susceptible d’être digérée lorsqu’elle est en circulation depuis longtemps.
L’ubiquitine se fixe aux groupes lysine des protéines cibles par l’activité de l’ubiquitine ligase (E3) et d’une enzyme de conjugaison de l’ubiquitine (E2). Ces protéines facilitent l’activation et l’adhérence de l’ubiquitine soit directement à la protéine cible, soit à d’autres protéines d’ubiquitine qui ont déjà été attachées à la protéine cible. Certaines protéines ne sont ubiquinées qu’une seule fois, créant un groupe fonctionnel supplémentaire au site de la lysine. Certaines enzymes sont capables de se lier à l’ubiquitine, donc un seul cas d’ubiquitination sur une protéine ne la marque pas nécessairement pour la dégradation par la voie du protéasome. Au contraire, la fonction de la protéine cible peut être altérée par un seul adhérent à l’ubiquitine en raison de l’ajout d’un nouveau groupe fonctionnel ou site de liaison enzymatique.
Lorsqu’une chaîne de plus d’une molécule d’ubiquitine s’attache à la même protéine cible, que la chaîne soit attachée en masse ou attachée par plusieurs phases d’une seule instance d’ubiquitination, cette protéine est dite polyubiquinée. Les chaînes de polyubiquitination n’ont aucune fonction connue, sauf pour marquer les protéines cibles pour la dégradation. Des cas uniques d’ubiquitination sur différentes parties de la même molécule ne forment pas de chaînes de polyubiquitination et ne marquent pas nécessairement la protéine cible pour la digestion par le protéasome.
L’ubiquitine se trouve dans presque tous les tissus des organismes eucaryotes et peut être trouvée étiquetée sur presque toutes les protéines. Il peut être associé à n’importe quelle protéine contenant un groupe lysine disponible. Il est avantageux sur le plan de l’évolution pour toutes les cellules des organismes eucaryotes de tirer parti du processus d’ubiquitination, car il élimine de la circulation les protéines brisées, usées ou sous-fonctionnelles avant que les protéines cessent complètement de fonctionner. Un système qui supprime préventivement les protéines de l’utilisation et marque le recyclage des protéines maintient les cellules en bonne santé sur une base cellulaire individuelle, fournissant la raison de la conservation évolutive et de l’ubiquité de ce processus.