Ubikvitinācija ir ubikvitīna, neliela, funkcionāla regulējoša proteīna, pievienošanas process citai mērķa molekulai. Tāpat kā fosforilēšana, ubikvitinācija var pievienot molekulai aktivitātes vietas vai mainīt šīs molekulas lomu organismā, lai gan visizplatītākā zinātnieku saistība ar šo procesu ir tāda, ka tā iezīmē mērķa olbaltumvielas degradācijai. Pēc tam, kad molekula vairāk nekā vienu reizi ir bijusi cauri ubikvitinācijas procesam, šī molekula tiek marķēta sagremošanai caur proteasomu. Ubikvitinācija palīdz organismam izsekot molekulas izmantošanai, lai molekula, visticamāk, tiktu sagremota, ja tā ir bijusi apritē ilgu laiku.
Ubikvitīns saistās ar mērķa proteīnu lizīna grupām, izmantojot ubikvitīna ligāzes (E3) un ubikvitīna konjugējošā enzīma (E2) aktivitāti. Šie proteīni atvieglo ubikvitīna aktivāciju un pieķeršanos tieši mērķa proteīnam vai citiem ubikvitīna proteīniem, kas jau ir pievienoti mērķa proteīnam. Daži proteīni tiek ubikvinēti tikai vienu reizi, radot papildu funkcionālo grupu lizīna vietā. Daži fermenti spēj saistīties ar ubikvitīnu, tāpēc viens proteīna ubikvitinācijas gadījums ne vienmēr norāda uz tā sadalīšanos proteasomu ceļā. Drīzāk mērķa proteīna funkciju var mainīt viens ubikvitīna pielipums, jo tiek pievienota jauna funkcionālā grupa vai enzīmu saistīšanās vieta.
Ja vairāk nekā vienas ubikvitīna molekulas ķēde pievienojas vienam un tam pašam mērķa proteīnam, neatkarīgi no tā, vai ķēde ir pievienota masveidā vai ir pievienota vairākās viena ubikvitinācijas gadījuma fāzēs, tiek uzskatīts, ka šis proteīns ir poliubikvinēts. Poliubikvitinācijas ķēdēm nav zināms mērķis, izņemot mērķa proteīnu marķēšanu noārdīšanai. Atsevišķi ubikvitinācijas gadījumi vienas un tās pašas molekulas dažādās daļās neveido poliubikvitinācijas ķēdes un ne vienmēr iezīmē mērķa proteīnu sagremošanai caur proteasomu.
Ubikvitīns ir atrodams gandrīz visos eikariotu organismu audos, un to var atrast ar gandrīz jebkuru proteīnu, tāpēc tam ir dots nosaukums, kas brīvi nozīmē “olbaltumvielas, kas ir visur”. To var marķēt ar jebkuru proteīnu, kas satur pieejamo lizīna grupu. Visām eikariotu organismu šūnām ir evolūcijas ziņā izdevīgi izmantot ubikvitinācijas procesu, jo tas izņem no apgrozības saplīstošas, nolietotas vai subfunkcionālas olbaltumvielas, pirms olbaltumvielas pilnībā pārstāj funkcionēt. Sistēma, kas profilaktiski noņem olbaltumvielas no lietošanas un iezīmē proteīnu pārstrādei, uztur šūnas veselas katrā atsevišķā šūnā, nodrošinot iemeslu šī procesa evolucionārajai saglabāšanai un visuresamībai.