蛋白质的泛素化修饰主要发生在赖氨酸残基的侧链，且通常是多聚化 (多泛素化) 过程。被多泛素化修饰的蛋白质会被蛋白酶体(proteasome)识别进而被降解。三种关键的酶共同介导了这一多泛素化过程， 包括泛素活化酶 E1 (ubiquitin activating enzyme)，泛素结合酶 E2 (ubiquitin conjugating enzyme) 和泛素连接酶E3(ubiquitin-protein ligase)， 也称底物识别因子(substrate recognition factor)。它们的作用机制现已基本研究清楚：首先由E1通过其活性中心的Cys残基与泛素的C端形成硫酯键活化单个游离的泛素(此步骤需要ATP)，然后E1将活化的泛素递交给E2，最后由E3募集特异的底物和E2，并介导泛素从E2转移到靶蛋白。