Proteinler, genellikle çevrelerindeki değişikliklere yanıt olarak birçok translasyon sonrası modifikasyona maruz kalabilirler. Bu modifikasyonlar, bu proteinlerin işlevinde ve stabilitesinde önemli bir rol oynar. Kovalent olarak bağlı moleküller, metil, asetil ve fosfat grupları gibi fonksiyonel grupları ve ayrıca ubikuitin gibi küçük proteinleri içerir. Tanımlanmış yaklaşık 200 farklı tipte kovalent regülatör vardır.

Bu gruplar bir proteindeki spesifik amino asitleri değiştirir. Fosfat grupları sadece serin, treonin ve tirozin amino asitlerine kovalent olarak bağlanabilirken, metil ve asetil grupları sadece lisine bağlanabilir. Bu gruplar bir enzim veya enzim çifti tarafından bir proteine eklenir ve çıkarılır. Örneğin, asetiltransferaz bir proteine bir asetil grubu ekler ve bir deasetilaz bu grubu koparabilir. Bu düzenleyicilerin her biri, modifikasyonların sayısına ve konumuna bağlı olarak bağlı olduğu protein üzerinde farklı etkilere sahip olabilir. Tek bir ubikuitin molekülü belirli bir hücre yüzeyi reseptörüne kovalent olarak bağlandığında, bu protein endositoz için hedeflenir; öte yandan, birbirine bağlı birden fazla ubikuitin bu proteine bağlandığında, proteolitik bozunma için bir hedef olarak işaretlenir.

Tek bir protein, işlevini kontrol etmek için aynı anda birden fazla modifikasyona tabi tutulabilir. Çoklu kovalent modifikasyonlarla düzenlenen bir proteinin iyi bilinen bir örneği, tümör baskılayıcı protein olan p53'tür. p53, radyasyon ve kanserojenler de dahil olmak üzere çeşitli stres türlerine yanıt olarak çeşitli modifikasyonlara uğrar. Bazı modifikasyonlar, UV ve gama radyasyona yanıt olarak fosforilasyon, asetilasyon ve sumolasyonu içerir. Modifikasyonların yerleri ve türleri stresöre bağlı olarak değişebilir. Çalışmalar, UV ve gama radyasyonun serin 33'ün fosforilasyonuna yol açabileceğini, ancak serin 392'nin UV'ye maruz kaldığında fosforile edilirken gama radyasyon maruziyetinde fosforilazyonun gerçekleşmediğini göstermiştir. Hipoksi, anti-metabolitler ve aktinomisin D'ye maruz kalma gibi diğer stres türleri, p53'ün asetilasyonuna neden olabilir. Modifikasyonlar ayrıca farklı hücre tipleri ve organizmalar arasında da değişebilir.