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ATP合酶是一种膜结合酶复合物,在氧化磷酸化或光磷酸化过程中利用膜上的质子梯度合成ATP。它由F₀亚基(质子通道)和F₁亚单位(催化结构域)组成。通过F₂的质子流驱动F₂将ADP和Pi转化为ATP。ATP合酶也可以反向作用,水解ATP以泵送质子,显示ATP酶活性。它对细胞能量生产至关重要。