Ubiquitination är processen att fästa ubiquitin, ett litet, funktionellt regulatoriskt protein, till en annan riktad molekyl. Liksom fosforylering kan ubiquitinering lägga till aktivitetsställen till en molekyl eller ändra den molekylens roll i kroppen, även om den vanligaste associationen som forskare har med denna process är att den markerar riktade proteiner för nedbrytning. Efter att en molekyl har genomgått ubiquitinationsprocessen mer än en gång, märks den molekylen för matsmältning genom proteasomen. Ubiquitination hjälper en organism att spåra användningen av en molekyl så att det är mer sannolikt att molekylen smälts när den har varit i cirkulation under en lång tid.
Ubiquitin fäster till lysingrupper av målproteiner genom aktiviteten av ubiquitinligas (E3) och ett ubiquitin-konjugerande enzym (E2). Dessa proteiner underlättar aktiveringen och vidhäftningen av ubiquitin antingen direkt till målproteinet eller till andra ubiquitinproteiner som redan har fästs till målproteinet. Vissa proteiner ubikineras endast en gång, vilket skapar en ytterligare funktionell grupp vid lysinstället. Vissa enzymer kan binda till ubikvitin, så en enda instans av ubikvitinering på ett protein markerar inte nödvändigtvis det för nedbrytning genom proteasomvägen. Snarare kan målproteinets funktion förändras av en enda ubiquitinadherent på grund av tillägget av en ny funktionell grupp eller enzymatisk bindningsplats.
När en kedja av mer än en ubikvitinmolekyl fäster till samma målprotein, oavsett om kedjan är fäst i massa eller genom flera faser av en enda ubikvitineringsinstans, sägs det proteinet vara polyubiquinerat. Polyubiquitination-kedjor tjänar inget känt syfte, förutom att markera målproteiner för nedbrytning. Enstaka fall av ubikvitinering på olika delar av samma molekyl bildar inte polyubiquitineringskedjor och markerar inte nödvändigtvis målproteinet för matsmältning genom proteasomen.
Ubiquitin finns i nästan alla vävnader av eukaryota organismer och kan hittas taggat till nästan vilket protein som helst, så det får ett namn som löst betyder ”protein som finns överallt.” Det kan märkas till vilket protein som helst som innehåller en tillgänglig lysingrupp. Det är evolutionärt fördelaktigt för alla celler i eukaryota organismer att dra fördel av processen med ubiquitination eftersom det tar bort brytande, slitna eller subfunktionella proteiner från cirkulationen innan proteinerna slutar fungera helt. Ett system som förebyggande tar bort proteiner från användning och taggar för proteinåtervinning håller cellerna friska på en individuell cellulär basis, vilket ger anledningen till det evolutionära bevarandet och allestädes närvarande av denna process.