Les protéines ciblées par l’UPS sont ubiquitinylées grâce à une cascade enzymatique E1 (1 membre, 2 isoformes), E2 (35 membres), E3 (> 800 membres). L’ubiquitine (Ub), une petite protéine de 8,5 kDa, est activée en présence d’ATP par l’enzyme E1 qui la transfère sur une enzyme E2. Le complexe est ensuite recruté par une enzyme E3 dont le rôle principal est de reconnaître la protéine cible à marquer par l’Ub. Il existe plusieurs familles d’enzyme E3 : les RING-E3 (mono sous-unité ou multi sous-unités) sont les plus nombreuses (> 600) et sont dépourvues d’activité catalytique ; les HECT-E3 reçoivent l’Ub de l’enzyme E2 et la transfèrent sur la protéine cible ; les RBR-E3 possèdent des caractéristiques hybrides grâce à la présence d’un deuxième domaine RING qui permet le transfert de l’Ub sur la protéine cible.