线粒体mitochondrion，pl．mitochondria除细菌和蓝藻中不存在之外，在所有动植物（真核生物）的细胞质中均可见到。它是宽约0.5微米的线状和颗粒状的细胞器（希腊语mito=线，chondr－on=粒），其主要功能为呼吸。每个细胞中线粒体的数目因不同细胞而异，在一个肝细胞中约有2500个，一个植物细胞中有100—200个。线粒体含有高浓度的磷脂质和蛋白质，由于其折射率高于周围的细胞质基质，所以，即使在活细胞中用相差显微镜也能观察到。另外除了可用詹纳司绿B进行特异的活体染色外，还能利用对细胞色素氧化酶的Nadi反应和对琥珀酸脱氨酶的四唑盐的还原反应，从组织化学的染色检验出来。将去核后的细胞匀浆用5000—7000g进行差速离心，即可单独分离出线粒体。根据电子显微镜的观察，线粒体被内外两层线粒体膜（mitochondr－al membrane）包围着（图a）。膜的厚度约为6毫微米，两层膜的间隔为6—8毫微米。内膜向内突出，形成宽20—30毫微米的格状的嵴（图b）。嵴的存在是线粒体的基本特征，是从形态上鉴别线粒体的标志。嵴往往是与线粒体的长轴成垂直方向突出，但也有与长轴相平行的。在原生动物和藻类中，嵴多数呈管状。把在低渗溶液中膨润的线粒体用负染色法在电子显微镜下观察，可看到在嵴膜和内膜的表面上有直径约为10毫微米的基本粒子（elementary parti－cle）。为内膜包围的填充在嵴间的小室称为线粒体基质（mitochondrial matricle）（图c）。线粒体具有三羧酸循环和电子传递系统，以及两者共轭的氧化的磷酸化系的主要酶，成为处于好气条件下生产细胞能的场所。在基质中存在着有关三羧酸循环的各种酶和有关脂肪酸B氧化的各种酶。在嵴和内膜中存在着有关电子传递系统的各种酶和与其共轭的磷酸化酶。位于线粒体内膜上的基本粒子相当于有关氧化磷酸化的腺苷三磷酸酶。另外，线粒体可抵抗周围的浓度梯度，主动而有选择地积蓄钾、钙和磷酸根等离子。虽然有一种说法认为线粒体在细胞内可重新形成，但线粒体确可通过分裂而增殖。在线粒体中存在着其所固有的DNA和RNA，并具有独立的本身遗传信息的复制、转录、翻译的功能。线粒体DNA存在于线粒体基质中，呈细纤维状，由长约5微米的两条链形成环形。线粒体DNA的分子量约为10×106道尔顿，只含有极少量决定线粒体蛋白质形成的遗传信息。大部分酶的蛋白质在细胞质中合成后，供给线粒体。因此，可以说线粒体是半独立的增殖系统。在线粒体RNA中，mRNA、rRNA和tRNA都齐全，也能看到RNA聚合酶。线粒体核糖体略小于细胞质核糖体，其沉淀系数约为70S。线粒体的蛋白质合成不同于细胞质，它可被氯霉素抑制。由于线粒体的DNA、核糖体和蛋白质合成的特征与细菌类相似，所以有一种假说认为，在进化的早期，原来是一种微生物寄生在细胞内，而后成为线粒体。
