U zwierząt mitochondrialna syntaza F₁F₀ ATP jest kluczowym białkiem, które syntetyzuje cząsteczki ATP w złożonym mechanizmie katalitycznym. Podczas gdy genom jądrowy koduje większość podjednostek syntazy ATP, genom mitochondrialny koduje niektóre z najbardziej krytycznych składników enzymu. Tworzenie tego enzymu wielopodjednostkowego jest złożonym, wieloetapowym procesem regulowanym na poziomie transkrypcji, translacji i składania. Defekty w jednym lub więcej z tych etapów mogą powodować zmniejszenie liczby i funkcjonalności syntazy ATP, co prowadzi do poważnych chorób nerwowo-mięśniowych.

Pewne mutacje w genach kodujących podjednostki syntazy ATP zostały rozpoznane zarówno w genomach jądrowych, jak i mitochondrialnych. Na przykład zaburzenie neurodegeneracyjne, zespół Leigha, wynika z poważnego upośledzenia mechanizmu syntazy ATP z powodu mutacji w jej podjednostce α. W chorobie neuronalnej zwanej Kufs specyficzne mutacje prowadzą do akumulacji podjednostki c w lizosomie, zmniejszając jej obfitość dla normalnego składania syntazy ATP. W chorobie Alzheimera występuje cytozolowa akumulacja podjednostki α i niska ekspresja podjednostki β, co powoduje niedobór podjednostek syntazy ATP.

Ponadto niektóre związki hamujące mogą wiązać się z podjednostkami syntazy ATP i upośledzać ich aktywność. Na przykład rotacja podjednostki γ jest blokowana przez wiązanie stylbenów, fitosubstancji występującej w winorośli. Aurovertin, antybiotyk, wiąże się z podjednostką β mitochondrialnej syntazy ATP i hamuje syntezę ATP. Venturicidyna wiąże się z podjednostką c i blokuje translokację protonów kompleksu oraz aktywność ATPazy.