A Hsp70 rendszer kölcsönhatásba lép a fehérjék elnyújtott peptidszegmenseivel, valamint a részlegesen összehajtott fehérjékkel, hogy a fehérjék aggregációját okozza a kulcsfontosságú útvonalakon az aktivitás deregulálása érdekében.Amikor nem lép kölcsönhatásba egy szubsztrát peptiddel, a Hsp70 általában ATP-hez kötött állapotban van. A Hsp70 önmagában nagyon gyenge ATPáz aktivitással jellemezhető, így a spontán hidrolízis csak sok perc múlva következik be. Ahogy az újonnan szintetizált fehérjék kilépnek a riboszómákból, a Hsp70 szubsztrátkötő doménje felismeri a hidrofób aminosavmaradékok szekvenciáit, és kölcsönhatásba lép velük. Ez a spontán kölcsönhatás reverzibilis, és az ATP-hez kötött állapotban a Hsp70 viszonylag szabadon köthet és bocsáthat ki peptideket. A peptid jelenléte a kötő doménben azonban serkenti a Hsp70 ATPáz aktivitását, növelve az ATP-hidrolízis normálisan lassú sebességét. Amikor az ATP ADP-vé hidrolizálódik, a Hsp70 kötőzsebe bezárul, szorosan megkötve az immár csapdába esett peptidláncot. Az ATP-hidrolízist tovább gyorsítják az úgynevezett J-domén cochaperonok: eukariótákban elsősorban a Hsp40, prokariótákban pedig a DnaJ. Ezek a cochaperonok drámaian megnövelik a Hsp70 ATPáz aktivitását interakcióban lévő peptidek jelenlétében.
A Hsp70 funkciója mind az (újra)hajtogatásban, mind a rosszul hajtogatott kliensfehérje lebontásában. (a) A Hsp70 ATP-ADP ciklusának sematikus ábrája a kliensfehérje (újra)hajtogatásához, amely a chaperon konformációs változását, ATP-hidrolízist és cserét okoz. (b) Hsp70-CHIP komplex, amely elősegíti a kliensfehérje ubikvitinációját és proteaszomális degradációját. A CHIP kölcsönhatásba lép a Hsp70 TPR doménjével és ubikvitin ligázként működik a kliensek számára. CHIP, chromatin immunoprecipitation; Hsp70, heat shock protein 70 kDa; TPR, tetratricopeptide-repeat domain
A részlegesen szintetizált peptidszekvenciákhoz (nem teljes fehérjékhez) való szoros kötődésével a Hsp70 megakadályozza azok aggregációját és működésképtelenné válását. Miután a teljes fehérje szintetizálódott, egy nukleotidcsere-faktor (többek között a prokarióta GrpE, az eukarióta BAG1 és a HspBP1) serkenti az ADP felszabadulását és a friss ATP megkötését, megnyitva a kötőzsebet. A fehérje ezután szabadon összecsukódhat önmagában, vagy további feldolgozás céljából más chaperonokhoz kerülhet. A HOP (Hsp70/Hsp90 Organizing Protein) egyszerre képes kötődni a Hsp70-hez és a Hsp90-hez, és közvetíti a peptidek átvitelét a Hsp70-ről a Hsp90-re.
A Hsp70 a fehérjék transzmembrán transzportját is segíti azáltal, hogy részben összehajtott állapotban stabilizálja őket. Ismert az is, hogy foszforilálódik, ami számos funkcióját szabályozza.
A Hsp70 fehérjék képesek a sejtek hő- vagy oxidatív stresszel szembeni védelmére. Ezek a stresszhatások általában a fehérjék károsodására hatnak, részleges kibomlást és esetleges aggregációt okozva. A stressz által exponált hidrofób maradékokhoz való ideiglenes kötődéssel a Hsp70 megakadályozza, hogy ezek a részlegesen denaturált fehérjék aggregálódjanak, és gátolja az újraformálódásukat. A hősokkra az alacsony ATP-érték jellemző, és a tartós kötődés az aggregáció elnyomását jelenti, míg a hősokkból való felépüléshez szubsztrátkötés és nukleotidciklusok szükségesek. Egy termofil anaerobban (Thermotoga maritima) a Hsp70 redoxérzékeny kötődést mutat modellpeptidekhez, ami a kötődés szabályozásának egy második, oxidatív stresszen alapuló módjára utal.
Úgy tűnik, hogy a Hsp70 képes részt venni a sérült vagy hibás fehérjék ártalmatlanításában. A CHIP-pel (Carboxyl-terminus of Hsp70 Interacting Protein) – egy E3 ubikvitin ligázzal – való kölcsönhatás lehetővé teszi, hogy a Hsp70 átadja a fehérjéket a sejt ubikvitinációs és proteolízis útvonalainak.
Végül a Hsp70 az általános fehérjeintegritás javítása mellett közvetlenül gátolja az apoptózist. Az apoptózis egyik jellemzője a citokróm c felszabadulása, amely aztán az Apaf-1-et és a dATP/ATP-t egy apoptoszóma-komplexbe toborozza. Ez a komplex ezután hasítja a prokaszpáz-9-et, aktiválja a kaszpáz-9-et, és végül a kaszpáz-3 aktiválásán keresztül apoptózist indukál. A Hsp70 gátolja ezt a folyamatot azáltal, hogy blokkolja a prokaszpáz-9 toborzását az Apaf-1/dATP/citokróm c apoptoszóma-komplexbe. Nem kötődik közvetlenül a procaszpáz-9 kötőhelyéhez, de valószínűleg olyan konformációs változást idéz elő, amely a procaszpáz-9 kötődését kevésbé kedvezővé teszi. A Hsp70 kölcsönhatásba lép az IRE1alfa endoplazmatikus retikulum stresszérzékelő fehérjével, ezáltal védi a sejteket az ER stressz által kiváltott apoptózistól. Ez a kölcsönhatás meghosszabbította az XBP-1 mRNS splicingjét, ezáltal a splicing XBP-1 célpontjainak, mint az EDEM1, ERdj4 és P58IPK transzkripciós upregulációját indukálta, megmentve a sejteket az apoptózistól. Más vizsgálatok arra utalnak, hogy a Hsp70 más lépésekben antiapoptotikus szerepet játszhat, de nem vesz részt a Fas-ligand által közvetített apoptózisban (bár a Hsp 27 igen). A Hsp70 tehát nemcsak a sejt fontos összetevőit (a fehérjéket) menti meg, hanem közvetlenül a sejt egészét is. Tekintettel arra, hogy a stresszre reagáló fehérjék (mint a Hsp70) az apoptotikus gépezet előtt fejlődtek ki, a Hsp70 közvetlen szerepe az apoptózis gátlásában érdekes evolúciós képet nyújt arról, hogy az újabb (apoptotikus) gépezet hogyan alkalmazkodott a korábbi gépezethez (Hsp-k), így összehangolva a sejt fehérjéinek jobb integritását az adott sejt túlélési esélyeinek javulásával.