化学浸透
ATP合成( A D P 4 − + H + + H O P O 3 2 − → A T P 4 − + H 2 O {\displaystyle \mathrm {ADP} ^{4-}+\mathrm {H} ^{+}+\mathrm {HOPO} _{3}^{2-}\rightarrow \mathrm {ATP} ^{4-}+\mathrm {H_{2}O} } )の1モル当たりのギブズエネルギー( Δ G p {\displaystyle \Delta \!G_{\mathrm {p} }} )はリン酸化ポテンシャル(phosphorylation potential)とも呼ばれる。平衡濃度比 [ H + ] / [ A T P ] {\displaystyle [\mathrm {H} ^{+}]/[\mathrm {ATP} ]} は、 Δ p {\displaystyle \Delta \!p} と Δ G p {\displaystyle \Delta \!G_{\mathrm {p} }} を比較して計算することで得られる。例えば、哺乳類のミトコンドリアの場合は、次のようになる。
H / ATP = ΔGp / (Δp / 10.4 kJ·mol/mV) = 40.2 kJ·mol / (173.5 mV / 10.4 kJ·mol/mV) = 40.2 / 16.7 = 2.4
実際にプロトンを結合するcサブユニットとATPを合成するβサブユニットのコピー数の比は 8/3 = 2.67 であり、この状況ではミトコンドリアは90%(2.4/2.67)の効率で機能することが示される。
真核生物の細胞では、ATPはマトリックスから細胞質へ、ADPとリン酸は細胞質からマトリックスへ輸送される必要があるため、実際の熱力学的効率はもっと低くなる。この過程でATP1分子あたり1つのプロトンが余分に消費されるため、実際の効率は65%(2.4/3.67)である。