蛋白质甲基化（protein methylation），理学-生物学-生物化学与分子生物学-生物化学与分子生物学-生物化学与分子生物学-蛋白质，蛋白质被甲基转移酶利用腺苷甲硫氨酸作为甲基供体催化并添加甲基基团的过程。通常发生在赖氨酸和精氨酸的氮侧链上，也可以发生在某些蛋白质的羧基末端。赖氨酸甲基化有一甲基化、二甲基化和三甲基化3种形式，而精氨酸甲基化有一甲基化、非对称二甲基化和对称二甲基化3种形式。赖氨酸甲基化由蛋白质赖氨酸甲基转移酶（PKMT）催化。人类基因组中已发现约50种赖氨酸甲基转移酶，除DOT1L外，大部分包含SET结构域。组蛋白是赖氨酸甲基转移酶的重要底物。赖氨酸甲基化是可逆性的修饰，能被赖氨酸去甲基化酶（KDM）去除。人类基因组有约30种赖氨酸去甲基化酶，除LSD1外，大部分含有JmjC结构域。LSD1需要黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）作为辅酶，而JmjC去甲基化酶需要二价铁离子和α酮戊二酸。蛋白质赖氨酸甲基化通过影响蛋白质的结构、活性、定位、稳定性、蛋白质-蛋白质相互作用等广泛参与到基因表达、DNA复制、染色质结构重塑、DNA损伤修复、细胞信号转导等各种生物学过程中。