线粒体,这种微小但至关重要的细胞器,通常直径在0.5到1.0微米之间,长度可达1.5到3.0微米,用光学显微镜即可观察到。其大小在动物细胞中受代谢活动水平调控,例如,胰腺外分泌细胞中的线粒体可能长达10-20微米,神经元的线粒体尺寸差异显著,可长达10微米,而人类成纤维细胞的线粒体长度甚至可达40微米。在低氧条件下,某些植物线粒体可以转变成巨大的线粒体,如烟草,其长度可达80微米,形成复杂的网络结构。
线粒体的形状多种多样,包括短棒状、圆球状,以及环状、线状等,取决于生物种类和生理状态。成型蛋白的作用在于调节线粒体与细胞骨架的互动,以及在内外膜之间的连接,从而影响细胞内线粒体的不同形态。
线粒体的数量在不同生物和组织中差异巨大,有的细胞仅含数千个,如肝脏细胞,而酵母菌细胞可能只有一个大型分支线粒体。细胞代谢活跃度与线粒体数量成正比,哺乳动物成熟的红细胞通常没有线粒体。它们分布在细胞功能活跃区域,如肾脏细胞靠近微血管,肠上皮细胞的两端,精子鞭毛中部,且随着卵母细胞的成熟,线粒体分布会从不均匀变为均匀。
构成线粒体的主要成分包括水、蛋白质和脂质,以及少量辅酶、小分子和核酸。蛋白质是其主要组成部分,占干重的65-70%,分为可溶和不可溶两种。脂质主要集中在两层膜中,占干重的20-30%,磷脂在总脂质中占比超过3/4。线粒体膜的磷脂含量在不同组织中相对稳定,心磷脂丰富,胆固醇含量较少,这是线粒体与其他细胞膜结构的主要区别。
最后,线粒体结构复杂,由外膜、膜间隙、内膜和基质四个功能区组成。外膜平滑,内膜形成皱褶的线粒体嵴,分别承担着不同的生化反应。这些区域共同定义了线粒体的高效运作空间。
线粒体是1850年发现的,1898年命名。线粒体由两层膜包被,外膜平滑,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体中央是基质。基质内含 有与三羧酸循环所需的全部酶类,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。线粒体能为细胞的生命活动提供场所,是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所,有细胞"动力工厂" (power plant)之称。另外,线粒体有自身的DNA和遗传体系, 但线粒体基因组的基因数量有限,因此,线粒体只是一种半自主性的细胞器。