Syntaza ATP to dowolny enzym lub białko katalityczne, które jest głównie zaangażowane w syntezę trifosforanu adenozyny (ATP), jednej z najważniejszych jednostek magazynowania energii w układach biologicznych. Różne odmiany syntazy ATP występują w różnych typach komórek i organelli, a także w zupełnie różnych organizmach. Na przykład u roślin syntaza CF1FO-ATP jest obecna w błonach tylakoidowych chloroplastów, które są głównie odpowiedzialne za fotosyntezę. Z kolei u zwierząt syntaza F1FO-ATP występuje w mitochondriach, organellach odpowiedzialnych za produkcję energii. Pomimo tych różnic w typie i lokalizacji, podstawowe składniki enzymu wydają się być dość podobne we wszystkich organizmach.
Jak wskazują nazwy różnych typów białka, istnieją dwie podstawowe podjednostki enzymów syntetyzujących ATP, FO i F1. Podjednostka FO — „O”, a nie „zero” — jest tak nazwana, ponieważ wiąże się z oligomycyną, która jest niezbędna w niektórych aspektach syntezy ATP. Ta część syntazy ATP jest osadzona w błonach mitochondriów, podczas gdy F1, co po prostu oznacza „frakcja 1”, znajduje się wewnątrz macierzy mitochondriów. Możliwe, że te podjednostki były kiedyś całkowicie oddzielnymi białkami, które na przestrzeni ewolucji zostały zintegrowane w jedną strukturę, która jest bardzo rozpowszechniona w przyrodzie.
Proces syntezy ATP wymaga pewnej ilości energii, a enzym syntaza ATP jest przygotowany do zaspokojenia tej potrzeby. Podjednostka FO wykorzystuje gradient protonów do wytworzenia energii niezbędnej do rzeczywistej syntezy ATP, która występuje w podjednostce F1. Gradient protonowy to rodzaj gradientu elektrochemicznego, w którym energia potencjalna spowodowana różnicami ładunków w błonie jest wykorzystywana do napędzania różnych procesów biochemicznych. Czasami gradient protonu jest w rzeczywistości celem końcowym; w takich przypadkach ATP może być faktycznie zużywane w celu dostarczenia niezbędnej energii.
Struktura i funkcja syntazy ATP są prawie takie same we wszystkich organizmach. Czasami zaangażowane są różne podjednostki, a czasami stosuje się różne liczby i układy podjednostek, ale w istocie zaangażowane domeny białkowe i procesy biochemiczne są bardzo podobne. To podobieństwo sprawia, że syntaza ATP jest interesująca z ewolucyjnego punktu widzenia. Fakt, że enzym był tak dobrze zachowany w większości organizmów na przestrzeni dziejów, sugeruje, że struktury te powstały bardzo wcześnie w historii ewolucji. Biolodzy uważają, że dwie podjednostki F, które tworzą rdzeń enzymu, początkowo pełniły w zasadzie niezwiązane ze sobą funkcje, ale ostatecznie były w stanie połączyć się, tworząc niezwykle użyteczną syntazę.