ATP合成酶是一类线粒体与叶绿体中的合成酶，它广泛存在于线粒体、叶绿体、原核藻、异养菌和光合细菌中，是生物体能量代谢的关键酶。
ATP合成酶可以在跨膜质子动力势的推动下，利用ADP和Pi催化合成生物体的能量“通货”——ATP。一般来说，机体所需的大多数ATP都是由ATP合酶产生的。据估计，人体每天进行正常活动所需的ATP量约等于他的体重，如体重70千克的成年人，每天合成的用于机体正常生命活动的ATP量约为70kg。而如此巨量的ATP正是由人体无数的ATP合酶合成的。
同时，ATP合成酶也可以催化逆反应，即ATP的水解。因此，从某种意义上来说，ATP合成酶也是一类ATP酶。
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