El sistema Hsp70 interactúa con segmentos peptídicos extendidos de proteínas, así como con proteínas parcialmente plegadas, para provocar la agregación de proteínas en vías clave para desregular la actividad.Cuando no interactúa con un péptido sustrato, Hsp70 suele estar en un estado ligado al ATP. La Hsp70 por sí misma se caracteriza por una actividad ATPasa muy débil, de manera que la hidrólisis espontánea no se produce durante muchos minutos. A medida que las proteínas recién sintetizadas salen de los ribosomas, el dominio de unión a sustrato de la Hsp70 reconoce secuencias de residuos de aminoácidos hidrofóbicos e interactúa con ellos. Esta interacción espontánea es reversible, y en el estado de unión al ATP la Hsp70 puede unirse y liberar péptidos con relativa libertad. Sin embargo, la presencia de un péptido en el dominio de unión estimula la actividad ATPasa de la Hsp70, aumentando su tasa de hidrólisis de ATP, normalmente lenta. Cuando el ATP se hidroliza en ADP, el bolsillo de unión de la Hsp70 se cierra, uniendo firmemente la cadena peptídica ahora atrapada. Para acelerar aún más la hidrólisis del ATP están las llamadas cochaperonas de dominio J: principalmente la Hsp40 en eucariotas y la DnaJ en procariotas. Estas cochaperonas aumentan drásticamente la actividad ATPasa de Hsp70 en presencia de péptidos que interactúan.
La función de Hsp70 tanto en el (re)plegamiento como en la degradación de la proteína cliente mal plegada. (a) Esquema del ciclo ATP-ADP de Hsp70 para el (re)plegamiento de la proteína cliente que provoca un cambio conformacional de la chaperona, hidrólisis de ATP e intercambio. (b) Complejo Hsp70-CHIP que promueve la ubiquitinación de la proteína cliente y la degradación proteasomal. CHIP interactúa con el dominio TPR de Hsp70 y actúa como ubiquitina ligasa para los clientes. CHIP, inmunoprecipitación de la cromatina; Hsp70, proteína de choque térmico de 70 kDa; TPR, dominio tetrapéptido-repetido
Al unirse fuertemente a secuencias peptídicas parcialmente sintetizadas (proteínas incompletas), Hsp70 evita que se agreguen y queden sin función. Una vez sintetizada la proteína completa, un factor de intercambio de nucleótidos (el GrpE procariota, el BAG1 eucariota y el HspBP1 son algunos de los que se han identificado) estimula la liberación de ADP y la unión de ATP fresco, abriendo el bolsillo de unión. La proteína queda entonces libre para plegarse por sí misma o para ser transferida a otras chaperonas para su posterior procesamiento. La HOP (proteína organizadora de la Hsp70/Hsp90) puede unirse tanto a la Hsp70 como a la Hsp90 al mismo tiempo, y mediar en la transferencia de péptidos de la Hsp70 a la Hsp90.
La Hsp70 también ayuda en el transporte transmembrana de las proteínas, estabilizándolas en un estado parcialmente plegado. También se sabe que está fosforilada, lo que regula varias de sus funciones.
Las proteínas Hsp70 pueden actuar para proteger a las células del estrés térmico u oxidativo. Estos estreses normalmente actúan dañando las proteínas, provocando un desdoblamiento parcial y una posible agregación. Al unirse temporalmente a los residuos hidrofóbicos expuestos por el estrés, la Hsp70 impide que estas proteínas parcialmente desnaturalizadas se agreguen y que se vuelvan a plegar. El bajo nivel de ATP es característico del choque térmico y la unión sostenida se considera una supresión de la agregación, mientras que la recuperación del choque térmico implica la unión de sustratos y el ciclado de nucleótidos. En un anaerobio termófilo (Thermotoga maritima) la Hsp70 demuestra una unión sensible al redox con péptidos modelo, lo que sugiere un segundo modo de regulación de la unión basado en el estrés oxidativo.
La Hsp70 parece ser capaz de participar en la eliminación de proteínas dañadas o defectuosas. La interacción con CHIP (Carboxyl-terminus of Hsp70 Interacting Protein) -una ubiquitina ligasa E3- permite que Hsp70 pase las proteínas a las vías de ubiquitinación y proteólisis de la célula.
Por último, además de mejorar la integridad general de las proteínas, Hsp70 inhibe directamente la apoptosis. Un rasgo distintivo de la apoptosis es la liberación de citocromo c, que a continuación recluta a Apaf-1 y dATP/ATP en un complejo apoptosómico. Este complejo escinde entonces la procaspasa-9, activando la caspasa-9 e induciendo finalmente la apoptosis mediante la activación de la caspasa-3. La Hsp70 inhibe este proceso bloqueando el reclutamiento de la procaspasa-9 al complejo apoptosómico Apaf-1/dATP/citocromo c. No se une directamente al sitio de unión de la procaspasa-9, pero probablemente induce un cambio conformacional que hace que la unión de la procaspasa-9 sea menos favorable. Se ha demostrado que la Hsp70 interactúa con la proteína sensor de estrés del retículo endoplásmico IRE1alfa, protegiendo así a las células de la apoptosis inducida por el estrés del RE. Esta interacción prolongó el empalme del ARNm de XBP-1, induciendo así la regulación transcripcional de las dianas de XBP-1 empalmado, como EDEM1, ERdj4 y P58IPK, rescatando a las células de la apoptosis. Otros estudios sugieren que la Hsp70 puede desempeñar un papel antiapoptótico en otros pasos, pero no está implicada en la apoptosis mediada por el ligando Fas (aunque sí lo está la Hsp 27). Por tanto, la Hsp70 no sólo salva componentes importantes de la célula (las proteínas), sino que también salva directamente a la célula en su conjunto. Teniendo en cuenta que las proteínas de respuesta al estrés (como la Hsp70) evolucionaron antes que la maquinaria apoptótica, el papel directo de la Hsp70 en la inhibición de la apoptosis proporciona una interesante imagen evolutiva de cómo la maquinaria más reciente (apoptótica) acomodó la maquinaria anterior (Hsps), alineando así la mejora de la integridad de las proteínas de una célula con la mejora de las posibilidades de supervivencia de esa célula en particular.