本文涵盖了
线粒体是什么?快速概述
线粒体(单数:线粒体)是杆状的细胞器，被认为是细胞的发电机。在细胞呼吸过程中，线粒体将葡萄糖和氧气转化为生产三磷酸腺苷（三磷酸腺苷)，这是细胞进行任何细胞活动所需的生化能量“货币”。
线粒体的数量可以反映细胞类型对能量的需求。例如，心肌拥有更多的线粒体，以便为心脏泵血提供动力。另一方面，我们的红细胞失去了线粒体和细胞核，这样它们就可以携带更多的氧气。
[在这个视频中]荧光显微镜下成纤维细胞的高尔基体(绿色)和线粒体(红色)动态。
线粒体的两个独特特征——双膜和线粒体DNA
线粒体有两个独特的特征。首先，线粒体有两层膜:外膜和内膜。这些膜将线粒体划分为区室或区域，包括膜间隙、嵴和基质。这种双膜结构对ATP的生成至关重要。ATP是通过细胞膜上的电子传递链进行的氧化磷酸化合成的。
其次，线粒体(在植物细胞中，也包括叶绿体)是除细胞核外唯一具有自己DNA的细胞器。线粒体DNA (mtDNA)是环状的，只编码13种蛋白质。
[在图中]线粒体的结构与其产生能量的能力密切相关。穿过细胞膜的电子传递链是线粒体中ATP的主要生成位点。
线粒体的结构
[在图中]线粒体的基本图。
左图:线粒体的结构，显示了多层膜和线粒体dna。右图:透射电子显微镜下被粗糙ER包围的线粒体。
线粒体很小，通常在0.75到3微米之间(大约是细菌的大小)，除非染色，否则在显微镜下是看不见的。
与其他细胞器不同，线粒体有两层膜，一层是外膜，一层是内膜。线粒体被细胞膜分裂成不同的隔间或区域，每个隔间或区域都有不同的作用。
主要结构包括:
外线粒体膜(OMM)
两种线粒体膜都由磷脂层构成(与质膜相同)。外膜覆盖着线粒体的表面。外层包括一种叫做孔蛋白的蛋白质，它能形成通道，允许小分子通过。与其他膜运输蛋白不同，孔隙蛋白足够大，可以被动扩散。核苷酸、离子和代谢物等小分子可以自由地穿过外膜。外膜也承载着许多具有多种功能的酶。
OMM可以在一种称为MAM(线粒体相关ER膜)的结构中与内质网(ER)膜结合。这在ER-线粒体钙信号传递中尤其重要，并参与了ER和线粒体之间脂质的转移。
膜间隙
膜间空间也被称为线粒体周围空间，是内外膜之间的区域。由于外膜对小分子具有渗透性，因此小分子如离子、糖等在膜间隙中的浓度与细胞质中的浓度相同。然而，一些蛋白质，如细胞色素c，需要特殊的转运蛋白穿过外膜，因此膜间空间的蛋白质组成与细胞质不同。
[在图中]复杂的蛋白质转运系统穿过线粒体内外膜，将细胞质蛋白质(线粒体蛋白质，但编码在核DNA中)运送到正确的隔室。
图片来源:细胞科学J。开云体育全站app下载安装
线粒体内膜(IMM)
细胞膜是产生ATP最多的地方。由于细胞膜上没有孔隙蛋白，所以大多数分子都不能渗透。这种膜含有进行氧化磷酸化(OXPHOS)反应的蛋白质。基本上，质子(H+)梯度是通过电子传递链在IMM上建立的。然后，ATP合酶将化学势变现，在基质中生成ATP。还有其他特定的转运蛋白调节代谢物进出线粒体基质。
嵴
嵴是内膜的褶皱。它们增加了膜的表面积，因此增加了化学反应的可用空间，增强了其产生更多ATP的能力。
[在图中]扫描电镜显示心肌细胞线粒体内密集排列的嵴。比例尺1-μm;嵴宽约30 nm。
图片来源:分子与细胞心脏病学杂志。
矩阵
基质是由内膜包围的空间。它含有数百种酶，对ATP的产生和许多其他生化反应很重要。线粒体核糖体、trna和线粒体DNA基因组的几个副本都位于这里。
线粒体功能
线粒体产生能量并决定细胞是存活还是自杀，这一过程被称为细胞凋亡。线粒体还能调节细胞内的钙浓度，并在棕色脂肪细胞中产生热量。
线粒体是能量转换器
线粒体最突出的作用是通过产生ATP细胞呼吸．线粒体，利用细胞内可用的氧气将化学能从食物转化为ATP，这是一种可用于宿主细胞的能量形式。
ATP是什么?
三磷酸腺苷(ATP)是一种有机化合物，为活细胞中的几乎所有过程提供能量。ATP通常被称为“分子货币单位”细胞内部。三磷酸腺苷也是DNA和RNA的前体。
能量储存在磷酸基的化学键中。当ATP在代谢过程中消耗时，ATP转化为ADP或AMP。
线粒体通过转换食物和氧气的能量再生ATP，补充ATP储备的能量池。人体每天可以回收相当于自身体重的三磷酸腺苷。
线粒体基质中的柠檬酸循环
参与ATP生成的生化反应统称为ATP生成柠檬酸循环，也被称为三羧酸循环(三羧酸循环)或克雷布斯循环．这种反应发生在线粒体基质中，并产生一种叫做NADH．
[上图]柠檬酸循环概述．
丙酮酸，葡萄糖的糖酵解代谢，转化为乙酰辅酶a，作为柠檬酸循环的起始物质。通过一系列的氧化还原反应，线粒体基质以NADH、FADH的形式收集大量能量2，和ATP。
图片来源:wiki。
有关TCA循环的详细信息，请参见可汗学院．
氧化磷酸化和电子传递链
还原电子载体(NADH, FADH2)在TCA循环中产生的电子会传递到电子传递链(ETC)，这将产生大部分的ATP产生在细胞呼吸。
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[上图]细胞呼吸图。
一个葡萄糖分子作为燃料可以产生36-38个ATP(糖酵解= 2;克雷布斯循环= 2;OXPHOS = 32-34)通过有氧呼吸(在氧气存在的情况下)，这比无氧呼吸有效得多。也就是说，线粒体对所有高等生物维持生命都是必不可少的。
图片来源:Thoughtco.com
这种双层结构对于线粒体的动力源功能至关重要。事实上，线粒体像水力大坝一样产生ATP。在IMM中，有一组蛋白质组合成一个能量发生器叫做电子传递链．
在电子传递的前三个步骤中，这些蛋白质泵出质子(H+;失去电子后的氢离子)从基质到膜间空间(利用储存在NADH和FADH中的能量)2)．随着时间的推移，这会在IMM上建立一个质子梯度。然后，在最后一步，所有的质子流过一种叫做ATP合酶它的作用是涡轮发电机。ATP合酶利用质子通量的能量将ADP转化为ATP。这个过程被称为氧化磷酸化或OXPHOS．
[图中]电子传递链。
ATP的生成发生在线粒体内膜(IMM)上。首先，质子(H+)通过IMM泵入膜间空间以建立质子梯度。然后，ATP合酶利用质子流入的能量驱动ADP化学转化为高能ATP。在这个过程中，两个电子(e-)在蛋白质复合物之间转移。这些蛋白质复合物被称为电子传递链。
[在这个视频中]电子传递链的动画。
线粒体决定细胞的存活或死亡-凋亡
最近的研究表明，线粒体在决定细胞存活或死亡方面起着相当大的作用。细胞凋亡是一种程序性细胞死亡或“细胞自杀”。它不同于坏死(混乱的方式)，细胞因损伤而死亡。细胞凋亡(整齐的方式)是一个有序的过程，细胞内容物被包装成小包的膜，由免疫细胞进行“垃圾收集”。细胞凋亡可以选择性地杀死组织中的某些细胞，但不影响邻近细胞。
细胞凋亡涉及一个细胞的死亡，但它有益于整个有机体。例如，细胞凋亡在手指发育过程中有意地去除细胞，清除潜在的癌变细胞和病毒感染细胞，并维持体内的平衡。
细胞凋亡在组织和器官雕刻中的作用。
蝌蚪在蜕变成青蛙时，尾巴因细胞凋亡而消失。细胞凋亡还选择性地消除了一部分细胞来塑造手指。
图片来源:发展．
线粒体在许多凋亡反应中起着关键作用。基本上，线粒体的功能就像一个中央控制室，收集细胞中不同的信息(可能是促凋亡或抗凋亡的刺激)，并决定细胞是活还是死。如果致命信号超过阈值，OMM失去膜电位(称为线粒体外膜渗透或MOMP的事件);这导致各种线粒体膜间隙蛋白(即细胞色素c)释放到细胞质中，激活caspases，导致细胞凋亡。
[在图中]显示线粒体在由外在或内在途径诱导的凋亡中的作用的示意图。
线粒体产生热量
当我们冷的时候，我们通过颤抖来保暖(肌肉运动产生热量)。然而，身体也可以通过其他方式产生热量，其中之一是使用一种叫做棕色脂肪．这被称为非冷颤产热。
[上图]棕色脂肪组织(BAT)和白色脂肪组织(WAT)的组织学图像。
BAT由于线粒体和毛细血管含量高，呈褐色。
图片来源:内分泌学与代谢趋势．
棕色脂肪比白色脂肪含有更多的线粒体。然而，这些线粒体是完全不同的。而不是在电子传递链的末端产生ATP，质子在棕色脂肪细胞(棕色脂肪细胞)中通过解耦蛋白质而“泄漏”并产生热量。这些线粒体是棕色脂肪中的“引擎”，燃烧卡路里产生热量。
[在图中]棕色脂肪细胞和白色脂肪细胞的工作原理完全不同，尽管它们都是脂肪细胞(含有脂肪滴)。白色脂肪细胞为将来的需要储存能量。相反，棕色脂肪细胞燃烧储存的脂肪来产生热量。
婴儿时期的棕色脂肪含量最高，那时候我们更容易受寒冷的影响，随着我们长大，棕色脂肪含量会慢慢降低。然而，最近研究发现，生活在寒冷地区的人有更多的棕色脂肪组织。科学家认为，棕色脂肪可能是治疗2型糖尿病等许多代谢疾病的关键。
[图中]棕色脂肪在人体中的位置。
(a)新生儿肩胛骨间和肾周的BAT库较大。(b)在成人中，较小的BAT储存处主要位于肩部和背部。此外，请注意，个体之间的BAT含量差异很大，但当活跃的BAT存在时，它已被证明与代谢的改善有关。
图片来源:实验药理学手册。
线粒体储存钙
钙是许多细胞过程中的重要离子;因此，其浓度受到严格控制。线粒体在这方面发挥了作用，它能快速吸收钙离子，并将其保留到需要时。
双刃剑:线粒体产生ROS
在线粒体代谢过程中，活性氧（罗斯)或“自由基都是副产品。ROSs可以被细胞用作信号分子或杀死细菌的武器。然而，高剂量的ROSs也会损害DNA、蛋白质和脂质。线粒体DNA也不例外。由于线粒体DNA位于能量转换器附近，它可能会受到严重攻击;有时变异速度比普通细胞中的核DNA快十倍。
这些突变会导致线粒体疾病，影响高能量需求器官，如心脏、大脑、肌肉、中枢神经系统和眼睛。患有帕金森氏症或阿尔茨海默氏症的人线粒体突变率比健康人高得多，线粒体功能障碍可能与这些疾病有关。ROSs引起的突变也被认为是衰老和癌症的原因。
线粒体DNA
线粒体是唯一能有自己的DNA而不是细胞核(在植物细胞中，叶绿体也有自己的DNA)。线粒体DNA (mtDNA)是圆形的(与细菌DNA非常相似)，储存在基质中。一个线粒体可以包含2-10个DNA副本。
与核DNA相比，线粒体DNA要短得多，只编码37个基因。这37个基因产生13个蛋白质，用于制造电子传递链的组成部分，以及线粒体特有的2个rrna和22个tRNAs。线粒体基因组只是真核细胞DNA的一小部分;大部分DNA在细胞核中(核DNA)。
注:2001年，第14种mtdna编码蛋白被称为humanin被发现。这种短肽被证明具有神经保护和细胞保护作用。
[在图中]动物细胞有两组基因组:一组来自细胞核，另一组来自线粒体。
线粒体DNA编码两种rRNA (12S和16S)，用于线粒体核糖体(mitoribosomes)的大亚基和小亚基。mtDNA也含有22个tRNA。除了这些，所有其他线粒体蛋白质(估计有1500种不同的蛋白质)都是由核DNA贡献的，包括用于mtDNA复制和转录的DNA和RNA聚合酶。
[在图中]人类线粒体DNA图谱，37个编码区(13个蛋白质，2个rrna, 22个tRNAs)分别位于各自的H-和l链上。
在人类中，线粒体DNA (mtDNA)形成封闭的环状分子，包含16,569个DNA碱基对。
图片来源:维基．
线粒体，也就是线粒体DNA，只遗传自母亲。这是因为精子只提供其核DNA，而所有其他细胞器，包括线粒体，都来自卵子。在精子与卵子融合后，父亲提供的任何线粒体DNA都会被主动破坏。线粒体遗传是非孟德尔遗传，因为孟德尔遗传假设受精卵的遗传物质有一半来自父母双方。
[在图中]细胞核和线粒体遗传的比较。
| 线粒体DNA | 细胞核DNA | |
| 位置 | mitocondrial矩阵 | 核 |
| 大小(人类) | 16569个碱基 | 3300000000个碱基 |
| 基因(人类) | 37个基因编码13个蛋白质，22个trna和2个rrna | 大约3万个基因 |
| 丹形式 | 小,圆形 | 长，线性，排列在染色体中开云体育电脑官网 |
| 继承 | 遗传自母亲 | 遗传自双亲 |
| 密码子 | 线粒体密码子 | 通用密码子 |
| DNA修复 | 没有复合 | 通过重组 |
| 突变率 | 更高的突变率 | 低突变率 |
| 每个单元格的副本 | 高拷贝数(500-2000) | 2份(2n) |
| 非编码DNA | ~ 3% | ~ 93% |
| 基因内区 | 缺席 | 现在 |
| 将蛋白质 | 大部分不含蛋白质 | 组蛋白或非组蛋白 |
线粒体DNA基因分型提供了我们的遗传历史
我们所有人都有线粒体DNA。由于你的线粒体DNA遗传自你的母亲，而她又从她的母亲那里继承了线粒体DNA，以此类推，它可以揭示你母系祖先的古老起源。
mtDNA中的DNA修复能力较差，因此mtDNA可以积累无害的突变(或单核苷酸多态性，SNP;在mtDNA的可变区域)比核DNA快得多。在几千年的时间里，在mtDNA中获得的这些突变足以将一个个体与不同的人类群体区分开来。线粒体haplogroups(也称为母体单倍群)是线粒体DNA类型的家族，它们都可以追溯到特定地点和时间的单一突变。通过对我们的mtDNA进行测序，像23andMe这样的公司可以通过mtDNA类型的地理分布来了解我们古代女性祖先是如何在世界各地迁移的。
[图中]线粒体DNA单倍群迁移图。
这一基因证据支持了这样一种观点，即我们的主要祖先大约在20万年前来自非洲，我们并不是尼安德特人的后裔。我们的线粒体DNA来自一个共同的祖先群体“线粒体夏娃”或“非洲夏娃”。
图片来源:TranspacificProject.com
线粒体DNA疾病
线粒体疾病是由线粒体功能失调引起的一组疾病。线粒体疾病可能是由线粒体DNA或编码线粒体成分的核基因突变(获得性或遗传性)引起的。它们也可能是药物、感染或其他环境原因造成的。
当线粒体增殖时，mtDNA被复制，它们可以累积随机突变，这种现象被称为异质性。如果遗传自母亲的mtDNA拷贝中只有少数有缺陷，其他正常拷贝可以弥补，这个人仍然健康。一旦受影响的线粒体数量达到一定水平，线粒体疾病可能在临床上变得明显;这种现象被称为“阈值表达”。
[图中]线粒体相关疾病。
由于线粒体如此重要，线粒体功能的任何问题都可能导致疾病。例如，几种影响重要身体器官的代谢和神经退行性疾病与mtDNA突变有关。
图片来源:Donald R. Johns，医学博士。
线粒体的生命周期
线粒体就像生活在另一个细胞中的微小细胞。它们有自己的生命周期。新的线粒体通过线粒体生物发生产生，旧的线粒体通过线粒体吞噬被破坏。
细胞内的所有线粒体都是一个池
单个细胞中的所有线粒体都是密切相关的。线粒体的行为更像是不断变化的管状网络，而不是单个的杆状细胞器。线粒体可以通过“融合然后用"裂变”。因此，线粒体(以及它们的mtDNA和蛋白质含量)混合成一个池。
[在图中]线粒体的融合-裂变循环。
新的线粒体通过生物发生产生
当细胞接收到增加线粒体质量的信号时，它们复制mtDNA并产生更多的线粒体相关蛋白质(由mtDNA和核DNA转录)。由核DNA产生的蛋白质将通过特殊转运体输入到它们的目的地(OMM，膜间空间，IMM或基质)。这种线粒体生物发生扩大了线粒体网络。短的线粒体通过裂变从网络中分离出来。
融合和裂变循环确保线粒体质量
裂变和融合的过程相互对立，使得线粒体网络不断地自我改造。受损的线粒体内容物(mtDNA、蛋白质和脂质)将被分离出来，并通过裂变从健康的线粒体中分离出来。这些受损的线粒体将被线粒体自噬清除。
[在这个视频中]延时STED成像线粒体间融合。
来源:王c .等，PNAS。
线粒体吞噬循环受损的线粒体
”自噬(又名“自食”)是细胞缺乏营养供应的生物过程。为了获得营养，细胞必须回收一些现有的蛋白质和细胞器，尤其是功能失调的细胞器。降解坏线粒体的自噬被命名为mitophagy线粒体噬还会清除突变的mtDNA和有毒的ROS，以防止它们破坏其他健康的线粒体。一些人类与年龄相关的疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病、心肌病和癌症，都是由有丝分裂调节失调引起的。
[在图中]有丝分裂的过程
(1)一旦细胞开始线粒体自噬，特殊的脂质成分(称为吞噬体)招募到标记为循环利用的坏线粒体附近。(2)越来越多的吞噬体聚集在细胞垃圾周围。吞噬体组装成一个完整的囊泡，称为自噬体。(4)与溶酶体融合，引入消化酶分解内容物。(5)内容物回收作为细胞使用的原料。
[在这个视频中]线粒体膜破裂的延时STED成像。
来源:王c .等，PNAS。
线粒体移植与移植
线粒体比我们想象的更有活力(可能是由于它们的内共生背景)。有时，线粒体可以在两个细胞之间穿梭。哺乳动物细胞可以通过连接两个细胞的细管交换它们的细胞内容物，包括分子、RNA和细胞器(线粒体和溶酶体)。这种管被称为隧道纳米管(TNT)。在其他一些情况下，线粒体的交换是通过将小泡从一个细胞送到另一个细胞来实现的。这些线粒体转移的功能和机制尚不清楚。这可能涉及到细胞如何从中风等损伤中再生。
[在这个视频中]连接细胞的神秘纳米管网络。
线粒体甚至可以移植来治疗严重的心脏病。在2018年《纽约时报》的一篇报道中，波士顿儿童医院的一个医疗小组从一块肌肉中分离出了游离线粒体。然后，他们将线粒体注入患有致命先天性心脏缺陷的婴儿的心脏。神奇的是，这种“线粒体移植”修复了垂死的心脏。
[在这张图中]凯特·鲍恩和她的婴儿乔治亚在波士顿儿童医院的重症监护室。医生们试图通过注入10亿个线粒体来恢复婴儿的心脏。
图片来源:《纽约时报》。
替换坏的线粒体，治疗线粒体遗传疾病
线粒体疾病可能是毁灭性的。利综合征是一种严重的神经系统疾病，由mtDNA的特定突变引起。虽然母亲是携带者，但她自己并没有神经症状，因为她的细胞线粒体中只有一小部分携带受损的DNA。然而，她的孩子可能继承了大量的坏线粒体，并引发利综合征。
最近，一种基于体外受精(IVF)的新技术可能是一种解决方案。基本上，母亲卵子中受损的线粒体被另一位女性捐赠卵子中的健康线粒体所取代。发育中的胚胎现在有来自父母的核DNA和来自供体卵子的线粒体DNA。第一个孩子被称为“三亲的宝宝他于2016年在墨西哥出生。
[本图]体外受精线粒体转移示意图。
医生首先从供体卵子(紫色)中取出遗传物质，留下一个充满健康线粒体和其他营养物质的空卵子。接下来，医生从母亲的卵子(蓝绿色)中取出遗传物质，并将其转移到现在空的捐赠卵子中。移植后，新工程卵子(紫色+蓝绿色)与父亲的精子(暗蓝绿色)受精，然后植入母亲的子宫。
使用线粒体转移是有争议的，因为仍然存在一些安全问题。科学界将密切跟踪任何使用线粒体转移技术受孕的孩子，以确定继续使用是否安全。
常见问题
一个细胞中有多少线粒体?
线粒体的数量可以反映细胞类型对能量的需求。例如，心肌拥有更多的线粒体来为心脏跳动提供动力。一个心肌细胞(或心肌细胞)大约有40%的细胞质空间被大约5000个线粒体所占据。进行许多生化反应的肝细胞也有很高的线粒体含量(约20-25%的空间，每个细胞有1000 - 2000个线粒体)。正常细胞可能含有100-500个线粒体。另一方面，我们的红细胞失去了线粒体和细胞核，以便携带更多的氧气。
[在此图中]显示人类骨骼肌细胞的透射电子显微照片。
宽红色带代表肌原纤维，而线粒体(绿色)提供肌肉收缩所需的能量。
图片来源:大英百科全书。
线粒体在细胞内的分布也反映了当地的需求。例如，心肌细胞的线粒体沿着每个肌原纤维(产生收缩力的长丝)排列，以确保能量供应。精子的尾巴含有50-70个线粒体，它们沿着尾巴的长度形成螺旋状结构。在神经细胞中，线粒体可以远距离运输，以支持轴突末端的神经传递活动。
[在图中]显示螺旋状线粒体的人类精子图。
[在这个视频中]线粒体在神经元中的运输。
线粒体长什么样子?
教科书上画的香肠形状几乎成了人们对线粒体的传统印象。事实上，线粒体的形状在不同的细胞或相同的细胞但不同的状态中可能有很大的不同。在上皮细胞或内皮细胞中，线粒体是长丝状的，而在胚胎中，它们往往是球形的。它们也可以形成螺旋，就像在精子的尾巴上看到的那样。线粒体改变形状非常快。它们也会结合(聚变)，然后根据需要再次分裂(裂变)。
[在图中]受激发射耗竭(STED)显微镜显示超分辨率的长或球形线粒体形态。
图片来源:王c .等，PNAS。
[在这个视频中]STED显微镜下线粒体嵴形态的快速变化。
来源:王c .等，PNAS。
[在这个视频中]超分辨率(STED)成像的线粒体(绿色)和ER(红色)在成纤维细胞。
线粒体的直径一般为0.5 ~ 1 μm(细菌大小)。染色后，在良好的光学显微镜下看起来像“带着颗粒的线”。“线粒体”这个名字来源于希腊语“mitos”，意思是“线”，“-chondrion”意思是“粒”。
线粒体从何而来——内共生理论
科学家们认为线粒体和叶绿体来自于今天真核细胞的早期祖先所吞噬的细菌。这个理论叫做内共生理论．
大约15亿年前，一些原核细胞吞噬了其他原核细胞。这些被吞噬的细胞没有被消化，而是保持着一种共生关系。这些合并的原核生物随后失去了独立生活的能力，并成为宿主的一部分。它们后来进化为宿主提供特定的功能，如专门用于能量生产的线粒体和叶绿体。作为回报，宿主细胞提供物理保护和持续的食物和氧气供应。
线粒体似乎与立克次体变形菌门，叶绿体似乎与固氮丝状体有关蓝藻．线粒体和叶绿体仍然保留它们自己的DNA来制造它们的一些蛋白质，但它们的大部分蛋白质仍然需要来自宿主细胞的核DNA。
[在图中]内共生过程概述。
来源:My开云体育全站app下载安装sciencesquad类。
双层线粒体膜是内共生起源的另一个证据。IMM可能是被吞噬细菌的原始膜。当宿主细胞与细菌结合时，OMM是剩下的囊泡。吞噬过程类似于变形虫的“吞噬作用”。
[在图中]变形虫细胞的吞噬作用。
植物细胞有线粒体吗?
动物和植物细胞都有线粒体，但只有植物细胞有叶绿体。在植物细胞中，叶绿体从阳光中吸收能量并储存在糖中(光合作用)．相反，线粒体利用储存在糖中的化学能作为燃料来产生ATP (细胞呼吸)．和动物细胞一样，植物细胞也利用ATP来驱动其他细胞活动。
[在图中]碳循环显示了能量如何在叶绿体和线粒体之间流动，从而有利于生态系统。
换句话说，植物细胞有三个DNA基因组副本:核DNA (nDNA)、线粒体DNA (mtDNA)和叶绿体DNA (cpDNA)。当提及其他质体的基因组时，cpDNA也被称为质体。
原核生物有线粒体吗?
另一方面，原核生物(细菌和开云体育网址古生菌)没有线粒体来产生能量，所以它们必须依靠周围的环境来获得可用的能量。原核生物的ATP合成机制嵌在细胞膜上。这可能是我们今天在真核生物线粒体内膜中发现的电子传递链的原始原型(内共生理论的另一个证据)。
动物细胞没有线粒体能存活吗?
在生物层面上，答案是否定的。没有线粒体，动物将无法生存，因为无氧呼吸提供的能量不足以支持需求。我们可以通过观察mtDNA突变引起的几种遗传疾病来了解这一点。这些疾病大多是严重或致命的，因为线粒体的动力功能受损。
然而，如果你的问题是在细胞水平上，答案可能是“是的”。在实验室中，科学家可以有意培养缺乏mtDNA的细胞系。这可以通过化学处理缓慢去除mtDNA来实现。这些mtdna缺失的细胞(称为ρ0或rho - 0细胞)只能在特殊的营养补充下存活，并对线粒体生物学的生理机制产生科学的见解。
有些癌细胞的有氧呼吸丰富，主要依靠糖酵解和发酵来获得能量。这叫做Warburg效应．为了做到这一点，这些癌细胞会从微环境中掠夺更多的葡萄糖来维持自己。
总结
- 线粒体(复数:线粒体)是一种杆状细胞器，被认为是细胞的动力发电机。
- 线粒体进行细胞呼吸，将葡萄糖和氧气转化为三磷酸腺苷(ATP)。三磷酸腺苷是细胞所有活动的生化能量“货币”。
- 线粒体有两层膜:外线粒体膜(OMM)和内线粒体膜(IMM)。OMM与IMM之间为膜间空间。细胞膜内的区域称为基质。这些是内膜的许多褶皱，叫做嵴。
- 线粒体像水力大坝一样产生ATP。它通过IMM的电子传递链发生。
- 线粒体(在植物细胞中，也包括叶绿体)是除细胞核外唯一具有自身DNA的细胞器。线粒体DNA (mtDNA)是环状的，只编码13种蛋白质。
- 科学家们认为线粒体和叶绿体来自于今天真核细胞的早期祖先所吞噬的细菌。这个理论被称为内共生理论。
- 线粒体功能失调会导致许多疾病。这些细胞利用融合-裂变循环来分类受损的线粒体，并通过有丝分裂来消除它们。
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