Одиночная митохондрия представляет собой органеллу в форме боба, окруженную системой с двойной мембраной. Наружная мембрана митохондрий гладкая и содержит множество пор – интегральных мембранных транспортеров. Порины обеспечивают свободную диффузию ионов и небольших незаряженных молекул через внешнюю митохондриальную мембрану, но ограничивают транспорт молекул размером более 5000 дальтон. Кроме того, внешняя митохондриальная мембрана образует уникальную структуру, называемую местами контакта мембран с другими субклеточными органеллами, такими как эндоплазматический ретикулум, пероксисома, эндосома, лизосома и плазматическая мембрана.

Внешняя митохондриальная мембрана структурно и функционально отличается от внутренней митохондриальной мембраны, которая имеет множество инвагинаций, называемых кристами. В кристаллах содержится множество белковых комплексов и ферментов для окислительного фосфорилирования (OXPOS) или дыхательных функций. Расположение внутренней мембраны в кристаллы зависит от белков, формирующих мембрану, таких как митохондриальные контактные сайты и организационная система кристаллов или MICOS.

Характерная форма митохондриальных мембран имеет решающее значение для их функций, включая синтез АТФ, аутофагию (или митофагию), дифференцировку стволовых клеток и врожденный иммунный ответ. Однако, чтобы облегчить выполнение определенных функций, митохондриальные мембраны претерпевают структурные изменения. Например, когда запускаются респираторные реакции, плотность кристаллов увеличивается, чтобы вместить больше ферментов и метаболитов, тем самым улучшая скорость окислительного фосфорилирования.

Кроме того, митохондриальные мембраны могут подвергаться слиянию или делению для управления клеточными потребностями. Например, многие митохондрии могут сливаться, объединяя свои ферменты, кофакторы и другие ресурсы для повышения эффективности производства АТФ, когда это необходимо. Напротив, отдельные митохондрии могут подвергаться делению (или фрагментации) для производства большего количества активных форм кислорода, которые могут опосредуть эффективную деградацию внутренних органелл в умирающей клетке. Более того, фрагментация митохондрий является критически важным механизмом, необходимым для равномерного распределения митохондрий по дочерним клеткам во время деления клеток.