Las mitocondrias son las plantas de energía de las células animales y vegetales. Convierten NADH y NADPH transmitidos por la sangre en ATP (trifosfato de adenosina), la moneda de energía común de la maquinaria celular. El singular de las mitocondrias es la mitocondria. Se sospecha fuertemente que las mitocondrias se derivan de células simbióticas tempranas que viven en cooperación con otras células. Estos orgánulos tienen su propio ADN, y la evolución ya ha pasado millones de años transfiriendo gradualmente ADN de las mitocondrias al núcleo de la célula, donde reside el resto del ADN.
Una célula promedio tiene 2,000 mitocondrias, que ocupan aproximadamente el 20% del volumen total. El interior de una mitocondria, observable al microscopio cuando se tiñe, contiene una membrana muy plegada. Estos pliegues se llaman crestas. Las crestas existen para maximizar el área de superficie de esta membrana, haciendo posible un alto rendimiento de ATP. La mitocondria es uno de los pocos orgánulos que tiene una estructura de doble membrana. Su membrana externa utiliza bicapas de fosfolípidos y proteínas para mantener fuera cualquier molécula de un peso atómico superior a 5000. Las proteínas especiales más grandes que esta solo pueden llegar al interior de la mitocondria a través del transporte activo. La membrana interna es la más impermeable de todas, y solo deja entrar y salir átomos a través del transporte activo.
Las mitocondrias juegan papeles críticos en muchos aspectos del metabolismo y pueden tener funciones especializadas dependiendo de la célula. Por ejemplo, en el hígado, las mitocondrias especializadas procesan el amoníaco, un producto de desecho celular. Cuando ciertas mitocondrias se descomponen debido a mutaciones genéticas, se producen enfermedades mitocondriales.
Las mitocondrias son inusuales porque en lugar de heredar la mitad de su material genético del padre y la mitad de la madre, la herencia mitocondrial es exclusivamente materna. En lugar de solo dos copias de los genes, como en el núcleo celular, los genes mitocondriales vienen en cinco a diez copias. Aunque una mitocondria contiene alrededor de 3000 proteínas, su genoma degenerado solo puede codificar alrededor de 37. La degeneración mitocondrial juega un papel importante en el proceso de envejecimiento y se la conoce como una de las siete causas principales del envejecimiento. Como tal, algunas terapias anti-envejecimiento proponen “evacuar” el ADN mitocondrial y trasladarlo al núcleo celular, un proceso que la evolución ha comenzado pero no completado.
Solo hay unas pocas células eucariotas (que poseen núcleo) que carecen de mitocondrias: las microsporidias, las metamónadas y las archamoebas. Los estudios han repasado las células procariotas (que carecen de núcleo) en busca de posibles versiones actuales de antiguas células mitocondriales flotantes, pero las mitocondrias han evolucionado tan extensamente en su tiempo en células eucariotas que probablemente sean indistinguibles de sus primas modernas. .