As mitocôndrias são a potência das células eucarióticas. A principal função das mitocôndrias é a produção de trifosfato de adenosina (ATP) através de um processo conhecido como fosforilação oxidativa. O ATP é um nucleotídeo que armazena energia na forma de ligações químicas. A energia é derivada dos nutrientes das células, principalmente de glicose e ácidos graxos, e liberada sempre que é necessária pelas funções que exigem energia das células. Essas funções celulares que requerem energia são transporte de membrana, síntese de compostos para impulsionar reações metabólicas e trabalho mecânico.
Essas estruturas são organelas citoplasmáticas ligadas à membrana dupla encontradas na maioria das células eucarióticas. Eles são flexíveis e em forma de haste, e seu diâmetro varia de 0,5 a 1,0 micrômetro. O sistema de membrana de uma mitocôndria consiste em uma membrana mitocondrial externa lisa e uma membrana mitocondrial interna dobrada, separada por um espaço estreito chamado espaço intermembranar. O espaço da matriz, ou espaço intercristal, é o grande espaço delimitado pela membrana interna. Cada um desses componentes desempenha papéis significativos na função celular e contribui para a principal função das mitocôndrias.
A membrana mitocondrial externa possui um grande número de porinas, que são canais de proteínas transmembranares que permitem a difusão livre de moléculas grandes e pequenas. Pode permitir moléculas tão grandes quanto 10 kilodaltons e tão pequenas quanto 6.000 daltons. Esta membrana é relativamente permeável a íons e moléculas pequenas, assim o conteúdo do espaço intermembranar se assemelha ao citosol.
No entanto, a principal função das mitocôndrias é encontrada na membrana mitocondrial interna e no espaço da matriz. A membrana mitocondrial interna é dobrada em crista, que fornece uma área de superfície maior para a síntese de ATP. Essa membrana possui um grande número de cardiolipinas, que são fosfolipídios que tornam a última quase impermeável a prótons, elétrons e íons. ATP sintase e cadeias respiratórias, ambos complexos proteicos, também são encontrados nessa membrana. A ATP sintase é responsável pela geração de ATP, enquanto as cadeias respiratórias mantêm o gradiente de prótons que fornece energia para a fosforilação oxidativa.
O espaço da matriz é preenchido com um fluido denso composto principalmente de enzimas responsáveis pela degradação de ácidos graxos e piruvatos no intermediário metabólico acetil coenzima A e subsequente oxidação desse intermediário no ciclo de Krebs ou de ácido tricarboxílico. O piruvato é um produto inicial do metabolismo da glicose que ocorre no citosol, que é então transportado para as mitocôndrias. O espaço da matriz também contém o sistema genético mitocondrial, o ácido desoxirribonucleico circular mitocondrial de dupla fita (cDNA) e as enzimas necessárias para a expressão do genoma mitocondrial. Embora tenha seu próprio sistema genético, as proteínas codificadas por genes necessárias para que a formação e a função das mitocôndrias sejam normais estão localizadas no genoma do núcleo da célula.