Ubiquitin-proteasomvägen är en intracellulär väg som gör att en cell kan smälta proteiner som är gamla och därför sannolikt inte fungerar bra, eller proteiner som missbildades när de skapades. Utan ubiquitin-proteasom pathway tracking-proteiner som inte fungerar med lika mycket effekt som nyare proteiner, skulle en cell sluta slösa med värdefulla biologiska resurser, vilket skulle ha en negativ effekt på hela organismen, oavsett om den organismen är encellig eller multi- cellulär. Denna väg är allestädes närvarande – som det passande namnet ”ubiquitin” – och kan hittas i organismer som sträcker sig från encelliga arkebakterier till människor.
Ubiquitination är en process som, som namnet skulle indikera, händer med de flesta cellulära proteinmolekyler. Eftersom cellulära proteiner cirkulerar genom metaboliska processer eller andra biologiska cykler, är de ofta ubiquitinerade med användning och cyklisk upprepning. Detta är en biologisk indikator för hur gammalt eller hur använt ett visst protein är. Genom att markera ett protein med ubiquitin-kedjor som indikerar hur många gånger ett protein har cirkulerats, har en cell ett sätt att veta vilka proteiner som bryts ner och bör smältas, vilket ger plats för nya proteiner att skapas av de återvunna aminosyrabeståndsdelarna som resultatet av den uppdelningen.
För vissa molekyler kan ubiquitinering förändra ett proteins funktion, ungefär på samma sätt som fosforylering kan. Ett enda fall av ubiquitination taggar inte ett protein för matsmältning genom proteasomen. Polyubiquitination markerar emellertid ett protein för nedbrytning i ubiquitin-proteasomvägen genom att shunta den polyubiquitinerade molekylen in i proteasomen.
Ubiquitin-proteasomvägen drivs av adenosintrifosfat (ATP), en vanlig intracellulär energikälla. Enzymer associerade med ubiquitination, som E1, E2, E3 och E4, underlättar ubiquitination av proteiner, oavsett om det proteinet bara är taggat en gång eller blir polyubiquitinerat. Det finns många olika varianter av specifika enzymer inom dessa E1-E4 enzymfamiljer. När det polyubiquitinerade proteinet slutligen dirigeras till proteasomen måste ATP också tillhandahållas för att proteasomen ska ha tillräckligt med aktiveringsenergi för att bryta bindningar av proteinet som är markerade för nedbrytning.
Ubiquitin-proteasom-vägen kan således ses som en intracellulär proteinåtervinning. Det bryter isär gamla eller felveckade proteiner till mindre enheter – aminosyror eller små grupper av aminosyror – som sedan kan användas av cellen för att skapa nya proteiner. Medan poly-ubiquitination är den vanligaste orsaken till proteasomdriven proteinnedbrytning, kan proteasomen också bryta ner dysfunktionella eller felveckade proteiner på ett ubiquitin-oberoende sätt. Eftersom proteasomen spelar en hjälpsam roll i immunsystemets funktion, kan vissa intracellulära molekyler också brytas ned av proteasomen på grund av antigenpresentation som en konsekvens av intracellulära immunsystemsvar.