具體過程：泛素化修飾涉及泛素激活酶E1、泛素結合酶E2和泛素連接酶E3的一系列反應：首先在ATP(紅色所示)供能的情況下酶E1(蛋白質編號1r4n)粘附在泛素分子尾部(淡黃色所示)的Cys殘基上（綠色所示，注意在這個結構中，Cys突變為Ala）激活泛素，接著，E1將激活的泛素分子轉移到E2酶上（蛋白質編號1fxt），隨后，E2酶和一些種類不同的E3酶共同識別靶蛋白，對其進行泛素化修飾。根據E3與靶蛋白的相對比例可以將靶蛋白單泛素化修飾和多聚泛素化修飾。E3酶（蛋白質編號1ldk和1fqv）的外形就像一個夾子，靶蛋白連接在中間的空隙內（星號所示）。酶的左側結構域決定靶蛋白的特異性識別，右側結構域定位E2酶以轉移泛素分子。蛋白質泛素化的結果是使得被標記的蛋白質被蛋白酶分解為較小的多肽、氨基酸以及可以重復使用的泛素。