O sistema Hsp70 interage com segmentos estendidos de peptídeos de proteínas, bem como proteínas parcialmente dobradas para causar agregação de proteínas nas principais vias de desregulação da atividade. A Hsp70 por si só é caracterizada por uma atividade muito fraca da ATPase, de tal forma que a hidrólise espontânea não ocorrerá por muitos minutos. Como as proteínas recém-sintetizadas emergem dos ribossomas, o domínio de ligação do substrato da Hsp70 reconhece sequências de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos, e interage com eles. Esta interacção espontânea é reversível, e no estado de ligação ATP a Hsp70 pode ligar-se e libertar peptídeos de forma relativamente livre. No entanto, a presença de um peptídeo no domínio de ligação estimula a atividade da ATPase da Hsp70, aumentando sua taxa de hidrólise de ATP normalmente lenta. Quando a ATP é hidrolisada para ADP, a bolsa de ligação da Hsp70 fecha-se, ligando firmemente a cadeia de peptídeos agora presa. A hidrólise de ATP com maior velocidade são os chamados cochaperones de domínio J: principalmente Hsp40 em eucariotas, e DnaJ em procariotas. Estes cochaperones aumentam dramaticamente a atividade ATPase da Hsp70 na presença de peptídeos em interação.
A função da Hsp70 tanto na (re)dobra como na degradação da proteína do cliente dobrada incorretamente. (a) Esquema do ciclo Hsp70 ATP-ADP para (re)dobramento da proteína cliente que causa uma mudança conformacional do chaperone, hidrólise de ATP, e troca. (b) Complexo Hsp70-CHIP que promove a ubiquitinação da proteína cliente e a degradação proteasomal. CHIP interage com o domínio TPR da Hsp70 e atua como uma ligase ubiquitina para os clientes. CHIP, imunoprecipitação de cromatina; Hsp70, proteína de choque térmico 70 kDa; TPR, domínio tetratricopeptídeo-repetição
Ao ligar-se firmemente a sequências de peptídeos parcialmente sintetizadas (proteínas incompletas), a Hsp70 impede que se agreguem e se tornem não funcionais. Uma vez sintetizada toda a proteína, um fator de troca de nucleotídeos (GrpE procariótico, BAG1 eucariótico e HspBP1 estão entre aqueles que foram identificados) estimula a liberação de ADP e ligação de ATP fresco, abrindo a bolsa de ligação. A proteína é então livre para dobrar por si mesma, ou para ser transferida para outras acompanhantes para processamento posterior. HOP (a proteína organizadora Hsp70/Hsp90) pode ligar-se à Hsp70 e Hsp90 ao mesmo tempo, e mediar a transferência de peptídeos de Hsp70 para Hsp90.
Hsp70 também ajuda no transporte transmembrana de proteínas, estabilizando-as num estado parcialmente dobrado. Também é conhecido por ser fosforilado que regula várias das suas funções.
Hsp70 proteínas podem actuar para proteger as células do stress térmico ou oxidativo. Estas tensões normalmente actuam para danificar as proteínas, causando desdobramento parcial e possível agregação. Ao ligar-se temporariamente a resíduos hidrofóbicos expostos pelo stress, a Hsp70 impede que estas proteínas parcialmente desnaturadas se agreguem, e inibe-as de se redobrarem. O baixo ATP é característico do choque térmico e a ligação prolongada é vista como uma supressão da agregação, enquanto a recuperação do choque térmico envolve a ligação do substrato e o ciclo de nucleotídeos. Em um anaeróbio termófilo (Thermotoga maritima) a Hsp70 demonstra ligação redox sensível a peptídeos modelo, sugerindo um segundo modo de regulação de ligação baseado no stress oxidativo.
Hsp70 parece ser capaz de participar na eliminação de proteínas danificadas ou defeituosas. A interação com CHIP (Carboxil-termino de Hsp70 – uma proteína de interação com a ubiquitina E3 – permite que a Hsp70 passe proteínas para as vias de ubiquitinação e proteólise da célula.
Finalmente, além de melhorar a integridade proteica geral, a Hsp70 inibe diretamente a apoptose. Uma marca registrada da apoptose é a liberação do citocromo c, que então recruta Apaf-1 e dATP/ATP em um complexo de apoptose. Este complexo então cliva procaspase-9, ativando a caspase-9 e eventualmente induzindo a apoptose através da ativação da caspase-3. A Hsp70 inibe este processo ao bloquear o recrutamento do procaspase-9 para o complexo de apoptossoma Apaf-1/dATP/cytochrome c. Ele não se liga diretamente ao local de ligação do procaspase-9, mas provavelmente induz uma mudança conformacional que torna a ligação do procaspase-9 menos favorável. A Hsp70 interage com a proteína do sensor de stress do retículo Endoplasma IRE1alfa, protegendo assim as células do stress ER – apoptose induzida. Esta interação prolongou a emenda do mRNA do XBP-1, induzindo assim a upregulação transcripcional dos alvos do XBP-1 emendado como EDEM1, ERdj4 e P58IPK, resgatando as células da apoptose. Outros estudos sugerem que a Hsp70 pode desempenhar um papel anti-apoptótico em outras etapas, mas não está envolvida na apoptose mediada por Fas-ligand (embora a Hsp 27 esteja). Portanto, a Hsp70 não só salva componentes importantes da célula (as proteínas) mas também salva diretamente a célula como um todo. Considerando que as proteínas de resposta ao stress (como a Hsp70) evoluíram antes da maquinaria apoptótica, o papel directo da Hsp70 na inibição da apoptose fornece um quadro evolutivo interessante de como maquinaria mais recente (apoptótica) acomodou maquinaria anterior (Hsps), alinhando assim a melhoria da integridade das proteínas de uma célula com a melhoria das hipóteses de sobrevivência dessa célula em particular.