Hsp70-systemet interagerer med forlængede peptid-segmenter af proteiner samt delvist foldede proteiner for at forårsage aggregering af proteiner i vigtige veje for at deregulere aktiviteten.Når Hsp70 ikke interagerer med et substratpeptid, er det normalt i ATP-bunden tilstand. Hsp70 i sig selv er karakteriseret ved en meget svag ATPaseaktivitet, således at spontan hydrolyse ikke vil forekomme i mange minutter. Når nyligt syntetiserede proteiner kommer ud af ribosomerne, genkender substratbindingsdomænet i Hsp70 sekvenser af hydrofobiske aminosyrerester og interagerer med dem. Denne spontane interaktion er reversibel, og i den ATP-bundne tilstand kan Hsp70 relativt frit binde og frigive peptider. Tilstedeværelsen af et peptid i bindingsdomænet stimulerer imidlertid Hsp70’s ATPaseaktivitet og øger dens normalt langsomme ATP-hydrolysehastighed. Når ATP hydrolyseres til ADP, lukker Hsp70’s bindingslomme sig og binder den nu indespærrede peptidkæde tæt. De såkaldte J-domænes cochaperoner fremskynder ATP-hydrolysen yderligere: primært Hsp40 hos eukaryoter og DnaJ hos prokaryoter. Disse cochaperoner øger Hsp70’s ATPaseaktivitet dramatisk i tilstedeværelse af interagerende peptider.
Hsp70’s funktion i både (gen)foldning og nedbrydning af misfoldet klientprotein. (a) Skematisk fremstilling af Hsp70 ATP-ADP-cyklusen for (re)foldning af klientprotein, som forårsager en konformationsændring af chaperonen, ATP-hydrolyse og udveksling. (b) Hsp70-CHIP-kompleks, der fremmer ubiquitination af klientprotein og proteasomal nedbrydning. CHIP interagerer med TPR-domænet af Hsp70 og fungerer som en ubiquitinligase for klienter. CHIP, chromatin immunoprecipitation; Hsp70, heat shock protein 70 kDa; TPR, tetratricopeptide-repeat domain
Ved at binde tæt til delvist syntetiserede peptidsekvenser (ufuldstændige proteiner) forhindrer Hsp70, at de aggregeres og gøres ufunktionelle. Når hele proteinet er syntetiseret, stimulerer en nukleotidudvekslingsfaktor (prokaryote GrpE, eukaryote BAG1 og HspBP1 er blandt dem, der er blevet identificeret) frigivelsen af ADP og bindingen af frisk ATP, hvorved bindingslommen åbnes. Proteinet er derefter frit til at folde sig selv eller til at blive overført til andre chaperoner med henblik på videre forarbejdning. HOP (Hsp70/Hsp90 Organizing Protein) kan binde til både Hsp70 og Hsp90 på samme tid og formidler overførslen af peptider fra Hsp70 til Hsp90.
Hsp70 bidrager også til transmembrantransport af proteiner ved at stabilisere dem i en delvist foldet tilstand. Det er også kendt for at være fosforyleret, hvilket regulerer flere af dets funktioner.
Hsp70-proteiner kan virke til at beskytte celler mod termisk eller oxidativ stress. Disse belastninger virker normalt skadende på proteiner og forårsager delvis udfoldning og mulig aggregering. Ved midlertidigt at binde sig til hydrofobiske rester, der er udsat for stress, forhindrer Hsp70 disse delvist denaturerede proteiner i at aggregeres og hæmmer dem i at blive foldet igen. Lav ATP er karakteristisk for hedeslag, og vedvarende binding ses som aggregationsundertrykkelse, mens genopretning efter hedeslag indebærer substratbinding og nukleotidcyklus. I en termofil anaerobe (Thermotoga maritima) demonstrerer Hsp70 redoxfølsom binding til modelpeptider, hvilket tyder på en anden form for bindingsregulering baseret på oxidativt stress.
Hsp70 synes at kunne deltage i bortskaffelse af beskadigede eller defekte proteiner. Interaktion med CHIP (Carboxyl-terminus of Hsp70 Interacting Protein) – en E3 ubiquitinligase – gør det muligt for Hsp70 at videregive proteiner til cellens ubiquitinerings- og proteolyseveje.
Finalt set forbedrer Hsp70 ud over at forbedre den generelle proteinintegritet også direkte apoptose. Et kendetegn ved apoptose er frigivelse af cytokrom c, som derefter rekrutterer Apaf-1 og dATP/ATP i et apoptosomkompleks. Dette kompleks spalter derefter procaspase-9, aktiverer caspase-9 og inducerer i sidste ende apoptose via aktivering af caspase-3. Hsp70 hæmmer denne proces ved at blokere rekrutteringen af procaspase-9 til Apaf-1/dATP/cytochrom c-apoptosomkomplekset. Det binder ikke direkte til procaspase-9-bindingsstedet, men inducerer sandsynligvis en konformationsændring, der gør procaspase-9-binding mindre gunstig. Hsp70 viser sig at interagere med det endoplasmatiske retikulumstress-sensorprotein IRE1alpha og beskytter derved cellerne mod ER-stressinduceret apoptose. Denne interaktion forlængede splejsning af XBP-1 mRNA og inducerede derved transkriptionel opregulering af mål for splejset XBP-1 som EDEM1, ERdj4 og P58IPK, hvilket reddede cellerne fra apoptose. Andre undersøgelser tyder på, at Hsp70 kan spille en anti-apoptotisk rolle i andre faser, men ikke er involveret i Fas-ligand-medieret apoptose (selv om Hsp 27 er det). Derfor redder Hsp70 ikke kun vigtige komponenter i cellen (proteinerne), men også direkte cellen som helhed. I betragtning af at stressresponsproteiner (som Hsp70) udviklede sig før det apoptotiske maskineri, giver Hsp70’s direkte rolle i at hæmme apoptose et interessant evolutionært billede af, hvordan det nyere (apoptotiske) maskineri har tilpasset sig tidligere maskineri (Hsp’er), hvorved den forbedrede integritet af en celles proteiner blev afstemt med de forbedrede chancer for, at den pågældende celle overlever.