Het Hsp70-systeem heeft een wisselwerking met verlengde peptidegedeelten van eiwitten, alsmede met gedeeltelijk gevouwen eiwitten, en veroorzaakt zo aggregatie van eiwitten in belangrijke routes om de activiteit te ontregelen.Wanneer er geen wisselwerking is met een substraatpeptide, verkeert Hsp70 gewoonlijk in een ATP-gebonden toestand. Hsp70 zelf wordt gekenmerkt door een zeer zwakke ATPase-activiteit, zodat spontane hydrolyse pas na vele minuten optreedt. Wanneer nieuw gesynthetiseerde eiwitten uit de ribosomen komen, herkent het substraatbindende domein van Hsp70 sequenties van hydrofobe aminozuurresiduen, en gaat daarmee een interactie aan. Deze spontane interactie is omkeerbaar, en in de ATP-gebonden toestand kan Hsp70 relatief vrij peptiden binden en weer loslaten. De aanwezigheid van een peptide in het bindingsdomein stimuleert echter de ATPase-activiteit van Hsp70, waardoor de normaal langzame snelheid van ATP-hydrolyse toeneemt. Wanneer ATP wordt gehydrolyseerd tot ADP sluit de bindingszak van Hsp70 zich, waardoor de nu opgesloten peptideketen stevig wordt gebonden. Verdere versnellers van ATP-hydrolyse zijn de zogenaamde J-domein cochaperonen: voornamelijk Hsp40 in eukaryoten, en DnaJ in prokaryoten. Deze cochaperonen verhogen de ATPase-activiteit van Hsp70 drastisch in aanwezigheid van interacterende peptiden.
De functie van Hsp70 in zowel (her)vouwing als degradatie van verkeerd gevouwen cliënteiwitten. (a) Schema van de ATP-ADP-cyclus van Hsp70 voor (her)vouwing van cliënteiwit, waarbij een conformatieverandering van het chaperon optreedt, ATP-hydrolyse plaatsvindt en uitwisseling plaatsvindt. (b) Hsp70-CHIP complex dat ubiquitinatie en proteasomale degradatie van het cliënteiwit bevordert. CHIP interageert met het TPR domein van Hsp70 en fungeert als een ubiquitine ligase voor clients. CHIP, chromatine-immunoprecipitatie; Hsp70, heat shock protein 70 kDa; TPR, tetratricopeptide-repeat domain
Door zich stevig te binden aan gedeeltelijk gesynthetiseerde peptidesequenties (incomplete eiwitten) voorkomt Hsp70 dat deze aggregeren en niet meer functioneel zijn. Zodra het volledige eiwit is gesynthetiseerd, stimuleert een nucleotide-uitwisselingsfactor (o.a. prokaryotisch GrpE, eukaryotisch BAG1 en HspBP1) het vrijkomen van ADP en het binden van vers ATP, waardoor de bindingszak wordt geopend. Het eiwit is dan vrij om zich zelf te vouwen, of om te worden overgebracht naar andere chaperones voor verdere verwerking. HOP (het Hsp70/Hsp90 Organizing Protein) kan zich tegelijkertijd binden aan zowel Hsp70 als Hsp90, en bemiddelt bij de overdracht van peptiden van Hsp70 naar Hsp90.
Hsp70 helpt ook bij het transmembraantransport van eiwitten, door ze in een gedeeltelijk gevouwen toestand te stabiliseren. Het is ook bekend dat het wordt gefosforyleerd, wat verschillende van zijn functies reguleert.
Hsp70-eiwitten kunnen cellen beschermen tegen thermische of oxidatieve stress. Deze stress leidt normaal tot beschadiging van eiwitten, waardoor ze gedeeltelijk ontvouwen en mogelijk aggregeren. Door zich tijdelijk te binden aan hydrofobe residuen die door de stress worden blootgelegd, voorkomt Hsp70 dat deze gedeeltelijk gedenatureerde eiwitten aggregeren, en remt het hen om opnieuw te vouwen. Een laag ATP is kenmerkend voor een hitteschok en langdurige binding wordt gezien als aggregatie-onderdrukking, terwijl herstel van een hitteschok gepaard gaat met substraatbinding en nucleotidencycli. In een thermofiele anaerobe (Thermotoga maritima) vertoont Hsp70 redox-gevoelige binding aan modelpeptiden, hetgeen een tweede wijze van bindingsregulatie op basis van oxidatieve stress suggereert.
Hsp70 lijkt te kunnen deelnemen aan de verwijdering van beschadigde of defecte eiwitten. Interactie met CHIP (Carboxyl-terminus of Hsp70 Interacting Protein)-een E3 ubiquitin-ligase – stelt Hsp70 in staat eiwitten door te geven aan de ubiquitinatie- en proteolyse-paden van de cel.
Finitief, naast het verbeteren van de algehele eiwitintegriteit, remt Hsp70 direct apoptose. Een kenmerk van apoptose is het vrijkomen van cytochroom c, dat vervolgens Apaf-1 en dATP/ATP rekruteert in een apoptosoomcomplex. Dit complex splitst vervolgens procaspase-9, waardoor caspase-9 wordt geactiveerd en uiteindelijk apoptose wordt geïnduceerd via activering van caspase-3. Hsp70 remt dit proces door de rekrutering van procaspase-9 tot het Apaf-1/dATP/cytochrome c apoptosoomcomplex te blokkeren. Het bindt niet direct aan de bindingsplaats van procaspase-9, maar induceert waarschijnlijk een conformatieverandering die de binding van procaspase-9 minder gunstig maakt. Hsp70 blijkt een wisselwerking aan te gaan met het stress-sensor-eiwit IRE1alpha van het endoplasmatisch reticulum, waardoor de cellen worden beschermd tegen door ER-stress veroorzaakte apoptose. Deze interactie verlengt de splicing van XBP-1 mRNA waardoor transcriptionele upregulatie van targets van spliced XBP-1 zoals EDEM1, ERdj4 en P58IPK wordt geïnduceerd, waardoor de cellen worden gered van apoptose. Andere studies suggereren dat Hsp70 een anti-apoptotische rol kan spelen bij andere stappen, maar niet betrokken is bij Fas-ligand-gemedieerde apoptose (hoewel Hsp 27 dat wel is). Hsp70 redt dus niet alleen belangrijke onderdelen van de cel (de eiwitten), maar redt ook rechtstreeks de cel als geheel. Aangezien stress-response-eiwitten (zoals Hsp70) zich vóór de apoptotische machinerie hebben ontwikkeld, levert de directe rol van Hsp70 bij het remmen van apoptose een interessant evolutionair beeld op van hoe recentere (apoptotische) machinerie vroegere machinerie (Hsp’s) heeft ingepast, waardoor de verbeterde integriteit van de eiwitten van een cel in overeenstemming wordt gebracht met de verbeterde overlevingskansen van die specifieke cel.