АТФ-синтаза использует протонный градиент для синтеза АТФ следующим образом: 1

1. Генерируемая протонным градиентом энергия поставляется из межмембранного пространства в матрикс через внутреннюю мембрану с помощью Fo-компонента. 2
2. Затем протонный градиент создаёт протон-движущую силу, включающую разность pH и электрический мембранный потенциал. 2
3. Высвобожденная за счёт этого энергия приводит в движение два ротационных двигателя, связанных друг с другом — c-кольцо в Fo и у, 5, s субъединицы в Fi. 2
4. Именно вращение у-субъединицы обеспечивает энергию для синтеза АТФ. 2

При прохождении трёх протонов в матрикс высвобождается достаточно энергии для синтеза одной молекулы АТФ. 1