動物では、ミトコンドリアF₁F₀ ATP合成酵素は、複雑な触媒メカニズムを通じてATP分子を合成する重要なタンパク質です。核ゲノムはATPシンターゼサブユニットの大部分をコードしていますが、ミトコンドリアゲノムは酵素の最も重要な構成要素の一部をコードしています。このマルチサブユニット酵素の形成は、転写、翻訳、およびアセンブリのレベルで制御される複雑な多段階のプロセスです。これらのステップの1つ以上の欠陥は、ATPシンターゼの数と機能の低下をもたらし、さらに重篤な神経筋疾患につながる可能性があります。

ATP合成酵素サブユニットをコードする遺伝子の特定の突然変異は、核ゲノムとミトコンドリアゲノムの両方で認識されています。例えば、神経変性疾患であるリー症候群は、そのαサブユニットの突然変異によるATP合成酵素メカニズムの重篤な障害に起因します。Kufsと呼ばれる神経疾患では、特定の突然変異によりリソソームにサブユニットcが蓄積し、正常なATP合成酵素の集合に対するサブユニットcの存在量が減少します。アルツハイマー病では、αサブユニットの細胞質蓄積とβサブユニットの発現が低いため、ATPシンターゼサブユニットが欠乏します。

さらに、特定の阻害化合物がATPシンターゼサブユニットに結合し、その活性を損なう可能性があります。例えば、γサブユニットの回転は、ブドウの木に含まれる植物化学物質であるスティルベンの結合によってブロックされます。抗生物質であるオーロベルチンは、ミトコンドリアのATPシンターゼβサブユニットに結合し、ATP合成を阻害します。ベンチュリシジンはcサブユニットに結合し、複合体のプロトン転座とATPase活性をブロックします。