Ponieważ są one syntetyzowane w komórce, większość białek nie składa się spontanicznie do swojej natywnej konformacji, ale wymaga specjalnej klasy białek zwanych białkami opiekuńczymi, aby pomóc je w ich składaniu.

Spośród kilku typów molekularnych białek opiekuńczych występujących u prokariontów i eukariontów, dwie główne rodziny to białka szoku cieplnego - hsp70 i hsp60.

W prawidłowo sfałdowanym białku hydrofobowe plamy są zakopane we wnętrzu.

W nieprawidłowo sfałdowanych białkach odsłaniają się plamy hydrofobowe. Takie łaty na różnych cząsteczkach białka mogą wiązać się ze sobą, prowadząc do nieodwracalnej agregacji białek.

Białka opiekuńcze rozpoznają te odsłonięte hydrofobowe plamy i zapobiegają agregacji białek, ułatwiając fałdowanie białek.

Maszyneria hsp70 często działa, zanim białko opuści rybosom, przy czym każdy monomer związany z ATP rozpoznaje niewielki odcinek hydrofobowych aminokwasów na powierzchni białka.

Zestaw mniejszych białek hsp40 oddziałuje z tym kompleksem i wyzwala hydrolizę ATP. W rezultacie, części hsp70 łączą się jak szczęki, zatrzymując w środku niesfałdowane białko.

Następnie ATP ponownie wiąże kompleks, indukując dysocjację hsp70 i uwalniając związany polipeptyd, dając mu szansę na ponowne fałdowanie. Jeśli fałdowanie nie nastąpi wystarczająco szybko, polipeptyd może ponownie się związać, a proces jest powtarzany, aż białko zostanie złożone do swojej natywnej konformacji.

Alternatywnie, w pełni zsyntetyzowany i częściowo sfałdowany polipeptyd może zostać dostarczony do chaperoniny.

Białka opiekuńcze to duże kompleksy białkowe w kształcie beczki, które zapewniają izolowaną komorę do fałdowania białek, przy czym jedna połowa symetrycznej beczki działa na białko klienta na raz.

U E. coli układ opiekuńczy nazywa się GroEL/GroES, podczas gdy jego eukariotyczny analog nazywa się Hsp60.

Nieprawidłowo sfałdowane białko jest wychwytywane przez oddziaływania hydrofobowe z odsłoniętą powierzchnią otworu. To początkowe wiązanie często pomaga w rozwinięciu nieprawidłowo sfałdowanego białka.

Gdy białko znajdzie się w środku, wiązanie ATP uszczelnia komorę za pomocą czapeczki.

Wnętrze komory wyłożone jest powierzchniami hydrofilowymi, na których białko może się składać w izolacji.

Hydroliza ATP osłabia wiązanie czapeczki, a wiązanie dodatkowych cząsteczek ATP powoduje wyrzucenie czapeczki.

Białko substratu, pofałdowane lub nie, jest uwalniane z komory.