UPS系统由Ub、E1s、E2s、E3s、DUBs、26S蛋白酶体组成。首先，细胞质与细胞核中的E1s在ATP参与下将失活的Ub 激活；Ub的C末端和E1s的Cys残基之间以硫酯键结合（E1-Ub）。 然后，硫酯连接的泛素（E1-Ub）被转移到E2s的Cys残基活性位点上，再经过硫酯键进行结合，形成E2-Ub。此时E3s与目标蛋白和E2-Ub形成复合物，直接或间接介导活化的Ub转移到目标蛋白上，使Ub分子C端的甘氨酸（Gly）残基与目标蛋白的赖氨酸（Lys）残基之间形成异肽键。Cys残基是整个E3s具有活性的关键残基。此外，包括半胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸在内的残基也可以被泛素修饰。直接转移的E3s为HECT型E3s，可将Ub转移至E3s，形成E3-Ub，E3-Ub中E3与目标蛋白结合后进行旋转，使得Ub与目标蛋白进行结合；间接转移的E3s有RING型、U-box型和Cullin-based型，E2-Ub直接与目标蛋白结合，E3发挥桥梁作用。最后，含有多聚泛素链（≥4个泛素分子）修饰的目标蛋白被26S蛋白酶体降解，释放Ub。

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