Las mitocondrias son la fuente de energía celular de las células eucariotas. La función principal de las mitocondrias es la producción de adenosina trifosfato (ATP) a través de un proceso conocido como fosforilación oxidativa. El ATP es un nucleótido que almacena energía en forma de enlaces químicos. La energía se deriva de los nutrientes celulares, principalmente de la glucosa y los ácidos grasos, y se libera siempre que las funciones que requieren energía de las células la necesitan. Estas funciones celulares que requieren energía son el transporte de membrana, la síntesis de compuestos para impulsar las reacciones metabólicas y el trabajo mecánico.
Estas estructuras son orgánulos citoplasmáticos unidos a la membrana doble que se encuentran en la mayoría de las células eucariotas. Son flexibles y tienen forma de varilla, y su diámetro varía de 0.5 a 1.0 micrómetro. El sistema de membrana de una mitocondria consiste en una membrana mitocondrial externa lisa y una membrana mitocondrial interna doblada, separada por un espacio estrecho llamado espacio intermembrana. El espacio de la matriz, o espacio intercristal, es el gran espacio encerrado por la membrana interna. Cada uno de estos componentes juega un papel importante en la función celular y contribuye a la función principal de las mitocondrias.
La membrana mitocondrial externa tiene una gran cantidad de porinas, que son canales de proteínas transmembrana que permiten la difusión libre de moléculas grandes y pequeñas. Puede permitir moléculas que sean tan grandes como 10 kilodaltons y tan pequeñas como 6,000 daltons. Esta membrana es relativamente permeable a los iones y moléculas pequeñas, por lo tanto, el contenido del espacio intermembrana se asemeja al citosol.
Sin embargo, la función principal de las mitocondrias se encuentra en la membrana mitocondrial interna y el espacio de la matriz. La membrana mitocondrial interna se pliega en forma de crestas, que proporcionan un área de superficie más grande para la síntesis de ATP. Esta membrana posee una gran cantidad de cardiolipinas, que son fosfolípidos que hacen que esta última sea casi impermeable a los protones, electrones e iones. La ATP sintasa y las cadenas respiratorias, ambos complejos proteicos, también se encuentran en esta membrana. La ATP sintasa es responsable de la generación de ATP, mientras que las cadenas respiratorias mantienen el gradiente de protones que proporciona energía para la fosforilación oxidativa.
El espacio de la matriz se llena con un fluido denso compuesto principalmente por enzimas responsables de la degradación de los ácidos grasos y el piruvato en el intermedio metabólico acetil coenzima A, y la posterior oxidación de este intermedio en el ciclo de Krebs o ácido tricarboxílico. El piruvato es un producto inicial del metabolismo de la glucosa que se produce en el citosol, que luego se transporta a las mitocondrias. El espacio de la matriz también contiene el sistema genético mitocondrial, el ácido desoxirribonucleico circular mitocondrial bicatenario (ADNc) y las enzimas necesarias para la expresión del genoma mitocondrial. Aunque tiene su propio sistema genético, las proteínas codificadas por genes necesarias para que la formación y la función de las mitocondrias sean normales se encuentran en el genoma del núcleo de la célula.