Mitocondriile sunt forța celulară a celulelor eucariote. Funcția principală a mitocondriilor este producerea de adenozin trifosfat (ATP) printr-un proces cunoscut sub numele de fosforilare oxidativă. ATP este o nucleotidă care stochează energie sub formă de legături chimice. Energia este derivată din nutrienții celulari, în principal din glucoză și acizi grași, și este eliberată ori de câte ori este nevoie de funcțiile celulelor care necesită energie. Aceste funcții celulare care necesită energie sunt transportul membranar, sinteza compușilor pentru conducerea reacțiilor metabolice și munca mecanică.
Aceste structuri sunt organite citoplasmatice legate de membrană dublă găsite în majoritatea celulelor eucariote. Sunt flexibili și au formă de tijă, iar diametrul lor variază de la 0.5 la 1.0 micrometru. Sistemul membranar al unui mitocondrie este format dintr-o membrană mitocondrială exterioară netedă și o membrană mitocondrială interioară pliată, separate printr-un spațiu îngust numit spațiu intermembranar. Spațiul matriceal, sau spațiul intercristal, este spațiul mare închis de membrana interioară. Fiecare dintre aceste componente joacă un rol semnificativ în funcția celulară și contribuie la funcția principală a mitocondriilor.
Membrana mitocondrială exterioară are un număr mare de porine, care sunt canale proteice transmembranare care permit difuzarea liberă a moleculelor mari și mici. Poate permite molecule care sunt la fel de mari ca 10 kilodaltoni și mici ca 6,000 de daltoni. Această membrană este relativ permeabilă la ioni și molecule mici, astfel conținutul spațiului intermembranar seamănă cu citosolul.
Cu toate acestea, funcția majoră a mitocondriilor se găsește în membrana mitocondrială interioară și spațiul matricei. Membrana mitocondrială interioară este pliată în crestae, care oferă o suprafață mai mare pentru sinteza ATP. Această membrană posedă un număr mare de cardiolipine, care sunt fosfolipide care le fac pe acestea din urmă aproape impermeabile la protoni, electroni și ioni. În această membrană se găsesc și ATP sintetaza și lanțurile respiratorii, ambele complexe proteice. ATP sintetaza este responsabilă pentru generarea de ATP, în timp ce lanțurile respiratorii mențin gradientul de protoni care furnizează energie pentru fosforilarea oxidativă.
Spațiul matricei este umplut cu un fluid dens compus în mare parte din enzime responsabile de degradarea acizilor grași și a piruvatului în intermediarul metabolic acetil coenzima A și oxidarea ulterioară a acestui intermediar în ciclul Krebs sau acid tricarboxilic. Piruvatul este un produs inițial al metabolismului glucozei care are loc în citosol, care este apoi transportat în mitocondrii. Spațiul matriceal conține, de asemenea, sistemul genetic mitocondrial, acidul dezoxiribonucleic circular mitocondrial dublu catenar (ADNc) și enzimele necesare pentru exprimarea genomului mitocondrial. Deși are propriul sistem genetic, proteinele codificate de gene necesare pentru ca formarea și funcționarea mitocondriilor să fie normale sunt localizate în genomul nucleului celulei.