У животных митохондриальная F₁F₀ АТФ-синтаза является ключевым белком, синтезирующим молекулы АТФ по сложному каталитическому механизму. В то время как ядерный геном кодирует большинство субъединиц АТФ-синтазы, митохондриальный геном кодирует некоторые из наиболее важных компонентов фермента. Образование этого многосубъединичного фермента представляет собой сложный многоступенчатый процесс, регулируемый на уровне транскрипции, трансляции и сборки. Дефекты на одном или нескольких из этих этапов могут привести к снижению количества и функциональности АТФ-синтазы, что в дальнейшем приводит к тяжелым нервно-мышечным заболеваниям.

Определенные мутации в генах, кодирующих субъединицы АТФ-синтазы, были обнаружены как в ядерном, так и в митохондриальном геноме. Например, нейродегенеративное расстройство, синдром Ли, возникает в результате серьезного нарушения механизма АТФ-синтазы из-за мутации в ее α субъединице. При заболевании нейронов, называемом Kufs, специфические мутации приводят к накоплению субъединицы c в лизосоме, снижая ее количество для нормальной сборки АТФ-синтазы. При болезни Альцгеймера наблюдается цитозольное накопление α субъединицы и низкая экспрессия β субъединицы, что вызывает дефицит субъединиц АТФ-синтазы.

Кроме того, некоторые ингибирующие соединения могут связываться с субъединицами АТФ-синтазы и ухудшать их активность. Например, вращение γ субъединицы блокируется связыванием стильбенов, фитохимического вещества, содержащегося в виноградной лозе. Ауровертин, антибиотик, связывается с митохондриальной АТФ-синтазой β субъединицей и ингибирует синтез АТФ. Вентурицидин связывается с с-субъединицей и блокирует протонную транслокацию и активность АТФазы комплекса.