Najszerzej badana grupa enzymów proteolitycznych obejmuje proteazy serynowe. Jak wskazuje nazwa, każdy członek tej grupy posiada w swoim miejscu aktywnym reaktywną resztę serylową aminokwasu.

Proteazy serynowe dzielą się na dwie rodziny: trypsyny i subtylizyny.

Rodzina trypsyn jest największa i zawiera m.in. trypsynę i chymotrypsynę, elastazę, tryptazę komórek tucznych oraz wiele czynników regulujących krzepnięcie krwi i fibrynolizę.

Enzymy typu trypsyny mają bardzo podobną zawartość aminokwasów. Występują one u kręgowców i innych zwierząt, a także u grzybów i komórek prokariotycznych. Natomiast subtilizyny występują tylko u bakterii. Członkowie rodziny trypsyn są klasyfikowani zgodnie z rodzajem aminokwasu, który występuje w preferowanym miejscu rozszczepienia.

Elastaza i chymotrypsyna rozszczepiają się po aminokwasach hydrofobowych i aromatycznych, podczas gdy inne proteazy trypsynopodobne rozszczepiają się tylko po C-końcowej stronie aminokwasów zasadowych argininy lub lizyny. Sekwencja aminokwasów, a co za tym idzie również struktura trójwymiarowa, różni się całkowicie pomiędzy trypsynami i subtilisynami. Katalitycznie aktywne domeny trypsyny i subtylizyny najprawdopodobniej ewoluowały więc niezależnie, wywodząc się z dwóch różnych genów.

Jednakże, ponieważ trzy aminokwasy o znaczeniu funkcjonalnym w miejscach aktywnych, seryna (Ser), kwas asparaginowy (Asp) i histydyna (His), są ułożone w tym samym stosunku geometrycznym u wszystkich członków obu rodzin, mechanizmy proteolityczne są bardzo podobne.

Fakt ten może prowadzić do sugestii, że ułożenie trzech katalitycznie aktywnych aminokwasów w miejscu aktywnym jest bardzo wydajne dla hydrolizy wiązań peptydowych. Proteazy serynowe ssaków są zwykle syntetyzowane jako nieaktywne proenzymy, zymogeny, składające się z pojedynczego łańcucha peptydowego. Aktywacja następuje, gdy zymogen zostanie rozszczepiony w jednym lub kilku specyficznych miejscach. Najczęściej takie rozszczepienie jest realizowane przez działanie innej proteazy. Większość proteaz serynowych zawiera dwie funkcjonalnie odrębne części.

Region, w którym znajdują się aktywne katalitycznie aminokwasy, jest bardzo podobny w trypsynie i chymotrypsynie, jak również w proteazach serynowych biorących udział w krzepnięciu krwi. Drugi region znajduje się w zewnętrznych częściach enzymu. Region ten ma znaczny rozmiar w proteazach serynowych regulujących krzepnięcie krwi i fibrynolizę i można w nim wyróżnić cztery główne typy struktur: domeny pierścieniowe, domeny czynnika wzrostu, zależne od witaminy K domeny wiążące karboksylowany wapń oraz domeny homologiczne do struktury palca fibronektyny.

Wszystkie cztery typy domen nie są obecne we wszystkich grupach proteaz serynowych.

W żywym organizmie enzymy proteolityczne (proteazy) są produkowane w celu degradacji i modyfikacji białek. Głównym zadaniem enzymów proteolitycznych jest degradacja białek do peptydów lub aminokwasów, które mogą być wykorzystane jako źródło energii lub jako budulec do resyntezy białek. Ponadto, enzymy proteolityczne modyfikują środowiska komórkowe i ułatwiają migrację komórek w związku z naprawą ran i nowotworami, owulacją i implantacją zapłodnionego jaja, morfogenezą zarodka i inwolucją gruczołów sutkowych po laktacji.

Inną ważną funkcją proteaz jest ich rola jako regulatorów w procesach takich jak zapalenie, infekcja i krzepnięcie krwi. Większość enzymów proteolitycznych jest wysoce specyficzna dla swoich substratów. Klasyfikacja proteaz nie jest jednak oparta na wyborze substratu, ale na ich mechanizmie działania.

Cztery różne grupy enzymów proteolitycznych, nazwane po reszcie aminokwasowej miejsca aktywnego odpowiedzialnej za aktywność katalityczną, są ogólnie wyróżniane: proteazy asparaginowe (np.pepsynę), proteazy cysteinowe (np. katepsynę B i katepsynę H), proteazy serynowe (np. trypsynę, trombinę i plazminę) oraz metaloproteazy (np. kolagenazy i żelatynazy). Mimo, że członkowie każdej z grup enzymów proteolitycznych mogą pełnić bardzo różne funkcje biologiczne, analiza aminokwasów często wykazuje wysoki stopień podobieństwa strukturalnego między nimi. Szczegółowa znajomość struktury i mechanizmu działania jednego enzymu może w wielu przypadkach ujawnić zrozumienie struktury i funkcji innych enzymów w obrębie tej samej grupy.