A ubiquitinação de proteínas é um processo regulatório que ocorre dentro de uma célula para degradar moléculas de proteína. Durante o processo, pequenas proteínas conhecidas como ubiquitinas se ligam às moléculas de proteína que devem ser degradadas. Essas moléculas de ubiquitina sinalizam efetivamente a proteína para degradação por um proteossomo ou degradador de proteínas. Existem várias etapas na ubiquitinação de proteínas, todas importantes para processos celulares normais, pois as células estão constantemente criando e degradando novas proteínas em resposta a mudanças ambientais.
Primeiro, a molécula de ubiquitina deve ser ativada para rotular outras proteínas, uma etapa que é realizada pela enzima ativadora da ubiquitina, E1. Este passo na ubiquitinação de proteínas depende da energia, o que significa que requer que a célula gaste energia através do adenosina trifosfato (ATP). O E2, ou enzima conjugadora de ubiquitina, é usado na segunda etapa do processo, onde ocorre outra reação química conhecida como transtioesterificação.
Depois que a ubiquitina passa esses dois passos, ela se liga ao E3, ou ubiquitina-proteína ligase. Existem mais de 100 enzimas E3 em células humanas, cada uma específica de uma proteína, conhecida como substrato ou proteína alvo. Como também existem muitas moléculas E2, as várias combinações das três principais enzimas permitem um alto nível de especificidade para cada substrato. Isso ajuda uma célula a monitorar cuidadosamente as condições intracelulares e agilizar o processo de seleção de proteínas para degradação. A enzima E3 ativada se ligará ao substrato e à molécula de ubiquitina, unindo as duas moléculas e continuando a ubiquitinação de proteínas por toda a célula.
Pelo menos três ou quatro moléculas de ubiquitina são geralmente necessárias para sinalizar o substrato proteico a ser degradado pelo proteossomo. A ubiquitinação adicional de proteínas pode frequentemente ser realizada pelo mesmo E3 que inicia a primeira adição de uma molécula de ubiquitina. Uma vez que o substrato tenha uma cadeia de ubiquitina suficientemente longa, o proteossomo o envolverá e degradará de volta em aminoácidos, os blocos de construção para proteínas maiores.
A ubiquitinação de proteínas nem sempre sinaliza uma molécula para degradação. As moléculas de ubiquitina às vezes direcionam um substrato para se mover para outra parte da célula, enquanto outras vezes simplesmente alteram sua função. Quando a ubiquitina é usada para esses fins de sinal, geralmente está presente como apenas uma unidade conectada, embora existam alguns casos raros em que mais de uma molécula de ubiquitina ainda atuará para modificar, em vez de degradar. As células também contêm enzimas especiais conhecidas como deubiquitinases que podem remover moléculas de ubiquitina das proteínas marcadas e reverter o processo.