Os termogênicos são capazes de levar íons H+ para dentro da membrana interna da mitocôndria sem que eles passem pela chamada ATP-sintase. Com isso, os prótons não realizam a formação de ATP que normalmente realizariam, levando a uma diminuição de concentração destes. Chamamos esse fenômeno de desacoplamento da síntese da ATP da cadeia respiratória.
Alguns termogênicos são capazes de desacoplar a ATP-sintase da cadeia respiratória. Com a diminuição dos níveis de ATP, o nosso organismo começa a sintetizar mais ATP, queimando as reservas estocadas, ou seja, aumentando o metabolismo. Entretanto, mesmo que o organismo esteja aumentando a quebra de suas reservas, a síntese propriamente não aumenta uma vez que os prótons H+ continuam indo em direção aos compostos termogênicos ao invés de passar através da ATP-sintase.
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