В типичной клетке имеется множество митохондрий, рассеянных по всей цитоплазме дыхательных органелл, по форме слегка напоминающих огурец. Длина их колеблется обычно от одного до нескольких микрометров, а ширина составляет около 0,5 мкм, хотя в особо активных клетках содержатся иногда более крупные и более многочисленные митохондрии. Каждая митохондрия окружена двойной мембраной; внутренняя мембрана образует множество пластинчатых выростов, которые называются кристами ( 2.18). Эта внутренняя мембрана делит, таким образом, митохондрию на два отсека, или компартмента: пространство между внутренней и наружной мембранами митохондрии и внутренний матрикс, ограниченный внутренней мембраной.

Наружная мембрана митохондрии легко проницаема "для большей части малых молекул и ионов. Различные ор1анические молекулы, и в их числе пируват — трехуглеродное соединение, образующееся при распаде шестиуглеродных Сахаров в цитоплазме (гл. 5), проходят сквозь эту мембрану и затем окисляются до С02 и Н20 в серии ферментативных реакций. При окислении молекул, протекающем внутри митохондрии, высвобождающаяся энергия запасается в форме особых — богатых энергией— фосфатных связей аденозинтрифосфата (АТР) (гл. 4), Энергию этих связей клетка может использовать для выполнения самой различной работы, и, следовательно, именно непрерывное окисление в митохондриях снабжает ее необходимой «энергетической валютой» в виде АТР.

Поступающий в митохондрию пируват сначала распадается на С02 и «активированный ацетат» — двууглеродный фрагмент, вовлекаемый в цикл окислительных реакций, носящий название цикла Кребса (подробно цикл Кребса обсуждается в гл. 5). Каждая из реакций этого цикла катализируется особым ферментом, присутствующим в матриксе митохондрии. На отдельных этапах цикла электроны и протоны переносятся от промежуточных продуктов цикла на дыхательные ферменты, содержащие такие производные витаминов, как NAD+ (производное никотиновой кислоты) и FAD (производное рибофлавина). Эти переносчики переходят таким путем в восстановленную форму.  

NADH и FADH2, а затем передают свои электроны и протоны другим переносчикам, входящим в состав дыхательных ансамблей. В конечном счете они передаются кислороду, который в результате этого восстанавливается до НгО. Переносчики электронов, расположенные в определенном порядке, размещаются на внутренних мембранах митохондрий. Когда электроны « протоны передаются от одного переносчика к другому, высвобождающаяся энергия используется для синтеза АТР из ADP и неорганического фосфата (Pi). Впоследствии при распаде АТР до ADP и Pi энергия вновь высвобождается и может использоваться в каких-нибудь других реакциях или процессах, идущих с потреблением энергии.