結構
pro-caspase-3含有277個胺基酸殘基，分子量約32kD，與ICE有30%同源性，與CED-3有35%同源性，是caspase家族中與CED-3同源性最高的，無論從結構同源性還是從底物特異性來看都與CED-3很相似，所以有人認為它是CED-3在哺乳動物中的同源蛋白。caspase-3的原結構域明顯短於ICE，但蛋白酶活性中心和與結合底物有關的保守的胺基酸均與ICE一致。pro-caspase-3在活化過程中從Asp28~Ser29和Asp175~Ser176兩處被剪下，形成P17(29~175)和P10(182~277)兩個片段，相當於ICE的P20和P10，兩種亞基再組成活性形式的caspase-3。pro-caspase-3本身並沒有催化活性，在活化時首先由顆粒酶B(GrzB)或caspase-10在D175剪下下小片段後它才被部分活化，隨後則可進行下一步的自我催化。在剪下原結構域時可能還有其它caspase如ICE的參與。
活化
caspase-3在細胞凋亡中起著不可替代的作用，caspase-3基因轉染昆蟲Sf9細胞後引起細胞凋亡，這個過程可以被Bcl-2阻斷；在發生凋亡的細胞提取液中去除caspase-3後，這些提取液就失去了誘導細胞凋亡的能力；再加入純化的caspase-3它又能恢復致凋亡的功能。caspase-3可以被多種因素活化，在CTL細胞的殺傷作用中，它既可被Fas/FasL途徑活化，也可以通過顆粒酶B途徑活化。顆粒酶B是CTL細胞顆粒中的一種絲氨酸酯酶，是哺乳動物中除caspase蛋白酶外唯一的在Asp後剪下的蛋白酶，它可以特異性剪下ICE家族蛋白酶催化亞單位C端的XXD序列，並活化caspase 2、3、6、7、8、9、10。ICE也可以被顆粒酶剪下，但剪下後並不被活化。
凋亡的機制
caspase-3最主要的底物是多聚(ADP-核糖)聚合酶PARP(poly(ADP-ribose) polymerase)，該酶與DNA修復、基因完整性監護有關。在細胞凋亡啟動時，116kD 的PARP在Asp216-Gly217 之間被caspase-3剪下成31kD和85kD兩個片段，使PARP中與DNA結合的兩個鋅指結構與羧基端的催化區域分離，不能發揮正常功能。結果使受PARP負調控影響的Ca /Mg 依賴性核酸內切酶的活性增高，裂解核小體間的DNA，引起細胞凋亡。這種裂解過程可被caspase-3的特異性抑制劑Ac-DEVD-CHO所抑制，但不能被CrmA抑制。
caspase-3還可以剪下U1-70K、DNA-PK、PKCd 和PKCq 。PKCd 和PKCq 都屬於新型PKC(novel PKC, nPKC)，當被caspase-3剪下後，可以切除調節區域，而成為活性形式的PKC，另外實驗還證明，過量表達PKCd 和PKCq 均可以引起細胞凋亡，說明它們都參與了細胞凋亡的誘導是CTL細胞殺傷機制的重要組成部分。
