Hsp70-systemet interagerar med förlängda peptidsegment av proteiner samt delvis veckade proteiner för att orsaka aggregering av proteiner i viktiga vägar för att avreglera aktiviteten.När Hsp70 inte interagerar med en substratpeptid befinner sig Hsp70 vanligtvis i ett ATP-bundet tillstånd. Hsp70 i sig själv kännetecknas av en mycket svag ATPasaktivitet, så att spontan hydrolys inte sker på många minuter. När nysyntetiserade proteiner kommer ut ur ribosomerna känner Hsp70:s substratbindande domän igen sekvenser av hydrofoba aminosyrarester och interagerar med dem. Denna spontana interaktion är reversibel, och i ATP-bundet tillstånd kan Hsp70 relativt fritt binda och frigöra peptider. Närvaron av en peptid i bindningsdomänen stimulerar dock Hsp70:s ATPasaktivitet och ökar dess normalt långsamma hastighet för ATP-hydrolys. När ATP hydrolyseras till ADP stängs Hsp70:s bindningsficka och binder fast den nu fångade peptidkedjan. De s.k. J-domänen cochaperonerna påskyndar ATP-hydrolysen ytterligare: främst Hsp40 i eukaryoter och DnaJ i prokaryoter. Dessa cochaperoner ökar dramatiskt ATPaseaktiviteten hos Hsp70 i närvaro av interagerande peptider.
Hsp70:s funktion vid både (åter)veckning och nedbrytning av felveckat klientprotein. (a) Schematisk bild av Hsp70:s ATP-ADP-cykel för (åter)veckning av klientprotein som orsakar en konformationsförändring hos chaperonen, ATP-hydrolys och utbyte. (b) Hsp70-CHIP-komplex som främjar ubiquitering av klientprotein och proteasomal nedbrytning. CHIP interagerar med Hsp70:s TPR-domän och fungerar som ett ubiquitinligas för klienter. CHIP, kromatinimmunoprecipitation; Hsp70, heat shock protein 70 kDa; TPR, tetratricopeptide-repeat domain
Genom att binda tätt till delvis syntetiserade peptidsekvenser (ofullständiga proteiner) förhindrar Hsp70 att de aggregeras och blir icke-funktionella. När hela proteinet är syntetiserat stimulerar en nukleotidutbytesfaktor (prokaryotiska GrpE, eukaryotiska BAG1 och HspBP1 är några av dem som har identifierats) frisättningen av ADP och bindningen av ny ATP, vilket öppnar bindningsfickan. Proteinet är sedan fritt att veckas på egen hand eller att överföras till andra chaperoner för vidare bearbetning. HOP (Hsp70/Hsp90 Organizing Protein) kan binda till både Hsp70 och Hsp90 samtidigt och förmedlar överföringen av peptider från Hsp70 till Hsp90.
Hsp70 hjälper också till vid transmembrantransport av proteiner genom att stabilisera dem i ett delvis veckat tillstånd. Den är också känd för att fosforyleras vilket reglerar flera av dess funktioner.
Hsp70-proteiner kan verka för att skydda celler från termisk eller oxidativ stress. Dessa påfrestningar verkar normalt sett för att skada proteiner, vilket orsakar partiell utvikning och eventuell aggregering. Genom att tillfälligt binda till hydrofoba rester som exponeras av stressen förhindrar Hsp70 att dessa delvis denaturerade proteiner aggregeras och hindrar dem från att vecklas om. Lågt ATP är karakteristiskt för värmeschock och ihållande bindning ses som aggregeringsundertryckning, medan återhämtning från värmeschock innefattar substratbindning och nukleotidcykling. I en termofil anaerob (Thermotoga maritima) visar Hsp70 redoxkänslig bindning till modellpeptider, vilket tyder på ett andra sätt att reglera bindningen baserat på oxidativ stress.
Hsp70 verkar kunna delta i bortskaffandet av skadade eller defekta proteiner. Interaktion med CHIP (Carboxyl-terminus of Hsp70 Interacting Protein) – ett E3 ubiquitinligas – gör det möjligt för Hsp70 att lämna över proteiner till cellens ubiquitinerings- och proteolysvägar.
Slutligt, förutom att förbättra den övergripande proteinintegriteten, hämmar Hsp70 direkt apoptos. Ett kännetecken för apoptos är frisättning av cytokrom c, som sedan rekryterar Apaf-1 och dATP/ATP till ett apoptosomkomplex. Detta komplex klyver sedan procaspase-9, vilket aktiverar caspase-9 och slutligen inducerar apoptos via aktivering av caspase-3. Hsp70 hämmar denna process genom att blockera rekryteringen av procaspase-9 till apoptosomkomplexet Apaf-1/dATP/cytokrom c. Hsp70 binder inte direkt till procaspase-9-bindningsstället, men inducerar sannolikt en konformationsförändring som gör procaspase-9-bindningen mindre gynnsam. Hsp70 har visat sig interagera med endoplasmatiskt retikulumstresssensorprotein IRE1alpha och därigenom skydda cellerna från ER-stressinducerad apoptos. Denna interaktion förlängde splicingen av XBP-1 mRNA och inducerade därmed en transkriptionell uppreglering av måltavlor för det splicade XBP-1, t.ex. EDEM1, ERdj4 och P58IPK, vilket räddade cellerna från apoptos. Andra studier tyder på att Hsp70 kan spela en antiapoptotisk roll i andra steg, men är inte involverad i Fas-ligand-medierad apoptos (även om Hsp 27 är det). Därför räddar Hsp70 inte bara viktiga komponenter i cellen (proteinerna) utan räddar också direkt cellen som helhet. Med tanke på att stressresponsproteiner (som Hsp70) utvecklades före det apoptotiska maskineriet, ger Hsp70:s direkta roll i att hämma apoptos en intressant evolutionär bild av hur nyare (apoptotiska) maskineri rymde tidigare maskineri (Hsps), och på så sätt anpassade den förbättrade integriteten hos en cells proteiner till de förbättrade chanserna för just den cellens överlevnad.