O grupo de enzimas proteolíticas mais estudado compreende as proteases serinas. Como o nome indica cada membro deste grupo tem um resíduo seril aminoácido reactivo no seu sítio activo.

As proteases serinas dividem-se em duas famílias: as tripsinas e as subtilisinas.

A família da tripsina é a maior e contém, entre outras, tripsina e quimotripsina, elastase, mastócito triptase, e muitos dos factores que regulam a coagulação sanguínea e fibrinólise.

O tipo de enzimas trypsina tem um teor de aminoácidos muito semelhante. Elas são encontradas em vertebrados e outros animais, assim como em fungos e células procarióticas. Em contraste, as subtilisinas são encontradas apenas em bactérias. Os membros da família da tripsina são classificados de acordo com o tipo de aminoácido que ocorre no local de clivagem preferido.

Elastase e quimotripsina clivam após aminoácidos hidrofóbicos e aromáticos, enquanto outras proteases semelhantes à tripsina clivam apenas no lado C-terminal dos aminoácidos básicos arginina ou lisina. A sequência dos aminoácidos e, portanto, também a estrutura tridimensional diferem completamente entre as tripsinas e as subtilisinas. Os domínios catalíticamente ativos da tripsina e da subtilisina evoluíram então muito provavelmente independentemente, convergindo de dois genes diferentes.

No entanto, como os três aminoácidos de importância funcional nos locais ativos, serina (Ser), ácido aspártico (Asp) e histidina (His), estão dispostos na mesma relação geométrica em todos os membros das duas famílias os mecanismos proteolíticos são muito semelhantes.

Este fato pode levar à sugestão de que a disposição dos três aminoácidos catalíticos ativos no local ativo é muito eficiente para hidrólise de ligações peptídeas. As proteases de serina de mamíferos são geralmente sintetizadas como proenzimas inativas, zymogens, que consistem em uma única cadeia de peptídeos. A ativação ocorre quando o zymogen é clivado em um ou vários locais específicos. O mais comum é a clivagem ser realizada pela ação de outra protease. A maioria das proteases serinas contém duas partes funcionalmente distintas.

A região onde os aminoácidos catalíticos activos são encontrados é muito semelhante na tripsina e na quimotripsina assim como nas proteases serinas envolvidas na coagulação do sangue. A outra região está localizada nas partes exteriores da enzima. Esta região é de tamanho considerável nas proteases serinas que regulam a coagulação do sangue e a fibrinólise e podem distinguir-se quatro tipos principais de estruturas: domínios de kringle, domínios de factores de crescimento, domínios de ligação do cálcio carboxilado dependente de vitamina K e domínios homólogos à estrutura dos dedos da fibronectina.

Todos os quatro tipos de domínios não estão presentes em todos os grupos de proteases serinas.

No organismo vivo, as enzimas proteolíticas (proteases) são produzidas para degradar e modificar proteínas. Uma tarefa principal das enzimas proteolíticas é degradar proteínas em peptídeos ou aminoácidos para serem usados como fonte de energia ou como blocos de construção para ressíntese de proteínas. Além disso, as enzimas proteolíticas modificam os ambientes celulares e facilitam a migração celular em conexão com a reparação de feridas e câncer, ovulação e implantação do óvulo fertilizado, morfogênese embrionária e involução das glândulas mamárias após a lactação.

Uma outra função importante das proteases é o seu papel como reguladoras em processos como inflamação, infecção e coagulação do sangue. A maioria das enzimas proteolíticas são altamente específicas para os seus substratos. A classificação das proteases, contudo, não se baseia na sua escolha do substrato, mas no seu mecanismo de acção.

Quatro grupos diferentes de enzimas proteolíticas, com o nome do resíduo activo de aminoácidos responsáveis pela actividade catalítica, distinguem-se geralmente: as proteases aspárticas (e.p. ex. pepsina), as cystein proteases (p. ex. catepsina B e catepsina H), as serine proteases (p. ex. tripsina, trombina e plasmina) e as metaloproteases (p. ex. colagenases e gelatinases). Embora os membros de cada grupo de enzimas proteolíticas possam ter funções biológicas muito diversas, a análise de aminoácidos mostra frequentemente um elevado grau de semelhança estrutural entre elas. O conhecimento detalhado da estrutura e mecanismo de ação de uma enzima pode, em muitos casos, revelar uma compreensão da estrutura e funções de outras enzimas dentro do mesmo grupo.