ATP合成酶存在於線粒體的內膜或FO亞單位膜內。
ATP合酶,又稱F0F1ATP酶在細胞內催化能源物質ATP的合成。在呼吸或光合作用過程中透過電子傳遞鏈釋放的能量先轉換爲跨膜質子梯差,之後質子流順質子梯差透過ATP合酶可以使ADPPi合成ATP。
ATP合酶廣泛分佈於線粒體內膜,葉綠體類囊體,異養菌和光合菌的質膜上,參與氧化磷酸化和光合磷酸化,在跨膜質子動力勢的推動下合成ATP。分子結構由突出於膜外的F1親水頭部和嵌入膜內的Fo疏水尾部組成。