ATP合酶主要由F₁（伸在膜外的水溶性部分）和Fo（嵌入膜内）组成。不同物种来源的 ATP合酶含的亚基和数目不尽相同。以牛心线粒体 ATP合酶为例，它的F₁含有仅α3、β3、γ、δ、ε共9 个亚基，Fo含a、b2、C10共13个亚基，F₁与Fo之间有OSCP柄相连接，还有抑制蛋白。

F₁和Fo通过“转子”和“定子”连接在一起，在合成水解ATP过程中，“转子”在通过Fo的氢离子流推动下旋转，每分钟旋转100次，依次与三个β亚基作用，调节β亚基催化位点的构象变化“定子”在一侧将α3，β3与Fo连接起来。

ATP合成酶面临问题：

1、“定子”上的化学循环与“转子”的步进式转动之 问如何实现高效的力学化学耦合。

2、三个催化位点顺序可逆的构象变换：βo→←βL，βL→←βT和βT→←βo，与γ近距离的相互作用关系。