Le groupe d’enzymes protéolytiques le plus étudié comprend les sérines protéases. Comme l’indique leur nom, chaque membre de ce groupe possède un résidu d’acide aminé sérylique réactif dans son site actif.

Les sérine protéases sont divisées en deux familles : les trypsines et les subtilisines.

La famille des trypsines est la plus importante et contient, entre autres, la trypsine et la chymotrypsine, l’élastase, la tryptase mastocytaire et de nombreux facteurs régulant la coagulation sanguine et la fibrinolyse.

Les enzymes de type trypsine ont un contenu en acides aminés très similaire. On les trouve chez les vertébrés et autres animaux, ainsi que chez les champignons et les cellules procaryotes. En revanche, les subtilisines ne se trouvent que chez les bactéries. Les membres de la famille des trypsines sont classés selon le type d’acide aminé qui se trouve sur le site de clivage préféré.

L’élastase et la chymotrypsine clivent après les acides aminés hydrophobes et aromatiques, tandis que d’autres protéases de type trypsine ne clivent que sur le côté C-terminal des acides aminés basiques arginine ou lysine. La séquence d’acides aminés et donc aussi la structure tridimensionnelle diffèrent complètement entre les trypsines et les subtilisines. Les domaines catalytiquement actifs de la trypsine et de la subtilisine ont donc très probablement évolué indépendamment, en convergeant à partir de deux gènes différents.

Cependant, comme les trois acides aminés d’importance fonctionnelle au niveau des sites actifs, la sérine (Ser), l’acide aspartique (Asp) et l’histidine (His), sont disposés dans la même relation géométrique chez tous les membres des deux familles, les mécanismes protéolytiques sont très similaires.

Ce fait peut conduire à la suggestion que l’arrangement des trois acides aminés catalytiquement actifs au site actif est très efficace pour l’hydrolyse des liaisons peptidiques. Les sérine-protéases des mammifères sont généralement synthétisées sous forme de proenzymes inactives, les zymogènes, constituées d’une seule chaîne peptidique. L’activation se produit lorsque le zymogène est clivé en un ou plusieurs sites spécifiques. Le plus souvent, ce clivage est accompli par l’action d’une autre protéase. La plupart des sérines protéases contiennent deux parties fonctionnellement distinctes.

La région où se trouvent les acides aminés catalytiquement actifs est très similaire dans la trypsine et la chymotrypsine ainsi que dans les sérines protéases impliquées dans la coagulation sanguine. L’autre région est située dans les parties extérieures de l’enzyme. Cette région est de taille considérable dans les sérine-protéases régulant la coagulation sanguine et la fibrinolyse et on peut distinguer quatre grands types de structures : les domaines kringle, les domaines de facteurs de croissance, les domaines de liaison au calcium carboxylé dépendant de la vitamine K et les domaines homologues à la structure en doigt de la fibronectine.

Ces quatre types de domaines ne sont pas présents dans tous les groupes de sérine protéases.

Dans l’organisme vivant, des enzymes protéolytiques (protéases) sont produites pour dégrader et modifier les protéines. Une tâche principale des enzymes protéolytiques est de dégrader les protéines en peptides ou en acides aminés qui seront utilisés soit comme source d’énergie, soit comme éléments constitutifs de la resynthèse des protéines. De plus, les enzymes protéolytiques modifient les environnements cellulaires et facilitent la migration cellulaire en lien avec la réparation des plaies et le cancer, l’ovulation et l’implantation de l’œuf fécondé, la morphogenèse embryonnaire et l’involution des glandes mammaires après la lactation.

Une autre fonction importante des protéases est leur rôle de régulateur dans des processus tels que l’inflammation, l’infection et la coagulation sanguine. La plupart des enzymes protéolytiques sont hautement spécifiques de leurs substrats. La classification des protéases, cependant, n’est pas basée sur le choix de leur substrat mais sur leur mécanisme d’action.

On distingue généralement quatre groupes différents d’enzymes protéolytiques, nommés d’après le résidu d’acide aminé du site actif responsable de l’activité catalytique : les protéases aspartiques (par ex.pepsine), les protéases à cystéine (par exemple, la cathepsine B et la cathepsine H), les protéases à sérine (par exemple, la trypsine, la thrombine et la plasmine) et les métalloprotéases (par exemple, les collagénases et les gélatinases). Bien que les membres de chaque groupe d’enzymes protéolytiques puissent avoir des fonctions biologiques très diverses, l’analyse des acides aminés montre souvent un haut degré de similarité structurelle entre eux. Une connaissance détaillée de la structure et du mécanisme d’action d’une enzyme peut dans de nombreux cas révéler une compréhension de la structure et des fonctions des autres enzymes du même groupe.