Τα μιτοχόνδρια είναι η κυτταρική δύναμη των ευκαρυωτικών κυττάρων. Η κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων είναι η παραγωγή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP) μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Το ATP είναι ένα νουκλεοτίδιο που αποθηκεύει ενέργεια με τη μορφή χημικών δεσμών. Η ενέργεια προέρχεται από τα θρεπτικά συστατικά των κυττάρων, κυρίως από τη γλυκόζη και τα λιπαρά οξέα, και απελευθερώνεται όποτε χρειάζεται από τις λειτουργίες που απαιτούν ενέργεια των κυττάρων. Αυτές οι κυτταρικές λειτουργίες που απαιτούν ενέργεια είναι η μεταφορά μεμβρανών, η σύνθεση ενώσεων για την προώθηση των μεταβολικών αντιδράσεων και η μηχανική εργασία.
Αυτές οι δομές είναι διπλά συνδεδεμένα με μεμβράνη κυτταροπλασματικά οργανίδια που βρίσκονται στα περισσότερα ευκαρυωτικά κύτταρα. Είναι εύκαμπτα και έχουν σχήμα ράβδου και η διάμετρος τους κυμαίνεται από 0.5 έως 1.0 μικρόμετρο. Το σύστημα μεμβράνης ενός μιτοχονδρίου αποτελείται από μια λεία εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη και μια διπλωμένη εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη, χωρισμένη από ένα στενό χώρο που ονομάζεται διαμεμβρανικός χώρος. Ο χώρος της μήτρας, ή διαχριστιανικός χώρος, είναι ο μεγάλος χώρος που περικλείεται από την εσωτερική μεμβράνη. Κάθε ένα από αυτά τα συστατικά παίζει σημαντικούς ρόλους στην κυτταρική λειτουργία και συμβάλλει στην κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων.
Η εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη έχει μεγάλο αριθμό πορίνων, οι οποίες είναι διαμεμβρανικές πρωτεϊνικές διόδους που επιτρέπουν την ελεύθερη διάχυση μεγάλων και μικρών μορίων. Μπορεί να επιτρέψει μόρια που είναι τόσο μεγάλα όσο 10 κιλονταλτόνια και τόσο μικρά όσο 6,000 ντάλτον. Αυτή η μεμβράνη είναι σχετικά διαπερατή σε ιόντα και μικρά μόρια, έτσι τα περιεχόμενα του διαμεμβρανικού χώρου μοιάζουν με το κυτοσόλιο.
Παρ ‘όλα αυτά, η κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων βρίσκεται στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη και στον χώρο της μήτρας. Η εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη διπλώνεται σε cristae, τα οποία παρέχουν μεγαλύτερη επιφάνεια για σύνθεση ΑΤΡ. Αυτή η μεμβράνη διαθέτει μεγάλο αριθμό καρδιολιπινών, οι οποίες είναι φωσφολιπίδια που καθιστούν τις τελευταίες σχεδόν αδιαπέραστες από πρωτόνια, ηλεκτρόνια και ιόντα. Η συνθάση ATP και οι αναπνευστικές αλυσίδες, αμφότερα τα σύμπλοκα πρωτεϊνών, βρίσκονται επίσης σε αυτή τη μεμβράνη. Η συνθάση ATP είναι υπεύθυνη για την παραγωγή ATP, ενώ οι αναπνευστικές αλυσίδες διατηρούν την κλίση πρωτονίων που παρέχει ενέργεια για οξειδωτική φωσφορυλίωση.
Ο χώρος της μήτρας είναι γεμάτος με ένα πυκνό υγρό που αποτελείται κυρίως από ένζυμα που ευθύνονται για την αποικοδόμηση των λιπαρών οξέων και του πυροσταφυλικού στο μεταβολικό ενδιάμεσο ακετυλοσυνένζυμο Α και επακόλουθη οξείδωση αυτού του ενδιάμεσου στον κύκλο του Krebs ή του τρικαρβοξυλικού οξέος. Το πυροσταφυλικό είναι ένα αρχικό προϊόν του μεταβολισμού της γλυκόζης που συμβαίνει στο κυτταρόλυμα, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρεται στα μιτοχόνδρια. Ο χώρος της μήτρας περιέχει επίσης το μιτοχονδριακό γενετικό σύστημα, το δίκλωνο μιτοχονδριακό κυκλικό δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (cDNA) και τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για την έκφραση του μιτοχονδριακού γονιδιώματος. Παρόλο που έχει το δικό του γενετικό σύστημα, οι απαραίτητες πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται με γονίδια χρειάζονται για να είναι φυσιολογικός ο σχηματισμός και η λειτουργία των μιτοχονδρίων βρίσκονται στο γονιδίωμα του πυρήνα του κυττάρου.