Hayvanlarda, mitokondriyal F₁F₀ ATP sentaz, karmaşık bir katalitik mekanizma yoluyla ATP moleküllerini sentezleyen anahtar proteindir. Nükleer genom, ATP sentaz alt birimlerinin çoğunu kodlarken, mitokondriyal genom, enzimin en kritik bileşenlerinden bazılarını kodlar. Bu çok alt birimli enzimin oluşumu, transkripsiyon, translasyon ve montaj düzeyinde düzenlenen karmaşık çok aşamalı bir süreçtir. Bu adımlardan bir veya daha fazlasındaki kusurlar, ATP sentaz sayılarının ve işlevselliğinin azalmasına neden olarak ciddi nöromüsküler hastalıklara yol açabilir.

ATP sentaz alt birimlerini kodlayan genlerdeki bazı mutasyonlar hem nükleer hem de mitokondriyal genomlarda tanınmıştır. Örneğin, nörodejeneratif bir bozukluk olan Leigh sendromu, α alt birimindeki bir mutasyona bağlı olarak ATP sentaz mekanizmasının ciddi şekilde bozulmasından kaynaklanır. Kufs adı verilen nöronal hastalıkta, spesifik mutasyonlar lizozomda c alt biriminin birikmesine yol açarak normal ATP sentaz montajı için bolluğunu azaltır. Alzheimer’da, α alt birimin sitozolik birikimi ve β alt biriminin düşük ekspresyonu vardır, bu da ATP sentaz alt birimlerinde bir eksikliğe neden olur.

Ayrıca, bazı inhibitör bileşikler ATP sentaz alt birimlerine bağlanabilir ve aktivitelerini bozabilir. Örneğin, γ alt biriminin rotasyonu, asmalarda bulunan bir fitokimyasal olan stilbenlerin bağlanmasıyla engellenir. Bir antibiyotik olan Aurovertin, mitokondriyal ATP sentaz β alt birimine bağlanır ve ATP sentezini inhibe eder. Ventururisidin, c-alt birimine bağlanır ve kompleksin proton translokasyonunu ve ATPaz aktivitesini bloke eder.