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图为ATP合酶（ATPase）
ATPase催化ATP和ADP+Pi之间的可逆反应，F
1和F
0实际上是两个旋转电机。伴随着质子通道的旋转，
H+通过F0进入细胞质，这将产生一个扭矩并通过γε亚基传递给F
1。这种旋转导致F
1的β亚基构象发生变化，使它们能够与ADP+Pi结合、催化ATP合成以及释放ATP。
这个过程可以用“结合变构”学说进行解释，简单的总结为：
质子流动→驱动C单位转动→带动γ亚基转动→诱导β亚基构象发生变化→ATP释放和重新合成。这部分是生物化学的重点知识之一，大家可以翻翻相关的课本。（细胞生物学也有相应内容）
ATPase是可逆的。ATP的水解为γε提供所需的力矩，使其以与ATP合成方向相反的方向旋转，并将H+从细胞质泵入到环境中，在这种情况下的最终结果是质子动力的产生而不是消散。ATPase的可逆性解释了为什么严格的发酵细菌缺乏电子传递链，不能进行氧化磷酸化，但仍然含有ATPase。细胞中的许多重要反应，如鞭毛旋转和某些物质的运输，是利用质子动势的能量，而不是ATP。因此，无呼吸功能的生物ATPase在细胞中单向地从底物水平磷酸化形成的ATP中产生质子动势，为细胞建立所需的跨膜电化学势能。
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