De meest uitvoerig bestudeerde groep van proteolytische enzymen omvat de serine proteasen. Zoals de naam al aangeeft, heeft elk lid van deze groep een reactief serylaminozuurresidu in zijn actieve site.

De serine proteasen worden in twee families verdeeld: de trypsines en de subtilisines.

De trypsinefamilie is de grootste en bevat onder meer trypsine en chymotrypsine, elastase, mestcel tryptase, en veel van de factoren die de bloedstolling en fibrinolyse reguleren.

De enzymen van het trypsinetype hebben een sterk gelijkend aminozuurgehalte. Zij worden aangetroffen bij gewervelde en andere dieren, alsmede in schimmels en procaryotische cellen. De subtilisines daarentegen worden alleen in bacteriën aangetroffen. Leden van de trypsine-familie worden ingedeeld naar het type aminozuur dat voorkomt op de geprefereerde splitsingsplaats.

Elastase en chymotrypsine klieven na hydrofobe en aromatische aminozuren, terwijl andere trypsine-achtige proteasen alleen klieven aan de C-terminale zijde van de basische aminozuren arginine of lysine. De aminozuursequentie en dus ook de driedimensionale structuur verschillen volledig tussen de trypsines en de subtilisines. De katalytisch actieve domeinen van trypsine en subtilisine zijn daarom hoogstwaarschijnlijk onafhankelijk van elkaar geëvolueerd, convergerend uit twee verschillende genen.

Hoewel, aangezien de drie aminozuren van functioneel belang op de actieve plaatsen, serine (Ser), asparaginezuur (Asp) en histidine (His), in dezelfde geometrische verhouding zijn gerangschikt in alle leden van de twee families, zijn de proteolytische mechanismen zeer vergelijkbaar.

Dit feit kan leiden tot de suggestie dat de rangschikking van de drie katalytisch actieve aminozuren op de actieve plaats zeer efficiënt is voor de hydrolyse van peptidebindingen. Serine proteasen van zoogdieren worden gewoonlijk gesynthetiseerd als inactieve pro-enzymen, zymogenen, bestaande uit een enkele peptideketen. Activering vindt plaats wanneer het zymogeen op één of meer specifieke plaatsen wordt gesplitst. Meestal vindt deze splitsing plaats door de werking van een andere protease. De meeste serine proteasen bevatten twee functioneel verschillende delen.

De regio waar zich de katalytisch actieve aminozuren bevinden is zeer vergelijkbaar in trypsine en chymotrypsine, alsmede in de serine proteasen die betrokken zijn bij de bloedstolling. De andere regio bevindt zich in de buitenste delen van het enzym. Deze regio is van aanzienlijke omvang in de serine proteasen die de bloedstolling en fibrinolyse regelen en er kunnen vier hoofdtypen structuren worden onderscheiden: kringle-domeinen, groeifactor-domeinen, vitamine K afhankelijke gecarboxyleerde calciumbindende domeinen, en domeinen die homoloog zijn aan de vingerstructuur van fibronectine.

Alle vier domeintypen zijn niet aanwezig in alle groepen serine proteasen.

In het levende organisme worden proteolytische enzymen (proteasen) geproduceerd om eiwitten af te breken en te wijzigen. Een van de belangrijkste taken van proteolytische enzymen is het afbreken van eiwitten tot peptiden of aminozuren, die kunnen worden gebruikt als energiebron of als bouwstenen voor de hersynthese van eiwitten. Bovendien wijzigen proteolytische enzymen de cellulaire omgeving en vergemakkelijken zij de celmigratie in verband met wondherstel en kanker, ovulatie en innesteling van de bevruchte eicel, embryonale morfogenese, en involutie van de melkklieren na lactatie.

Een andere belangrijke functie van de proteasen is hun rol als regulatoren in processen zoals ontsteking, infectie en bloedstolling. De meeste proteolytische enzymen zijn zeer specifiek voor hun substraten. De classificatie van proteasen is echter niet gebaseerd op hun substraatkeuze, maar op hun werkingsmechanisme.

In het algemeen worden vier verschillende groepen proteolytische enzymen onderscheiden, genoemd naar het aminozuurresidu op de actieve plaats dat verantwoordelijk is voor de katalytische activiteit: de aspartische proteasen (bijv.b.v. pepsine), de cysteïne-proteasen (b.v. kathepsine B en kathepsine H), de serine-proteasen (b.v. trypsine, trombine en plasmine) en de metalloproteasen (b.v. collagenasen en gelatinasen). Hoewel de leden van elke groep proteolytische enzymen zeer uiteenlopende biologische functies kunnen hebben, blijkt uit aminozuuranalyse vaak een hoge mate van structurele gelijkenis tussen deze enzymen. Gedetailleerde kennis van de structuur en het werkingsmechanisme van één enzym kan in veel gevallen inzicht verschaffen in de structuur en functies van andere enzymen binnen dezelfde groep.