视频字幕
线粒体是存在于真核细胞中的重要细胞器，通常被称为细胞的能量工厂。它们的主要功能是通过细胞呼吸过程产生三磷酸腺苷，也就是ATP，这是细胞能量的主要形式。线粒体具有独特的双层膜结构，内膜向内折叠形成嵴，增加了表面积，有利于能量产生。
线粒体具有独特的双层膜结构。外膜相对平滑，含有许多孔蛋白，允许小分子通过。内膜向内折叠形成嵴，这些褶皱大大增加了内膜的表面积，是电子传递链和ATP合成酶的所在位置。内膜包围的空间称为基质，含有线粒体自己的DNA、核糖体以及参与三羧酸循环的多种酶。线粒体DNA是环状的，与细菌DNA相似，这支持了线粒体起源于原始细菌的内共生学说。
细胞呼吸是线粒体产生ATP的关键过程，分为几个主要阶段。首先，在细胞质中进行糖酵解，将葡萄糖分解为丙酮酸。丙酮酸进入线粒体后，在基质中通过三羧酸循环进一步分解，产生二氧化碳和高能电子。这些电子通过位于内膜嵴上的电子传递链传递，同时将氢离子泵到膜间隔中。氢离子浓度梯度驱动ATP合成酶工作，合成ATP。整个过程的最终产物是水、二氧化碳和大量的ATP能量分子。一个葡萄糖分子通过有氧呼吸可以产生约30-32个ATP分子。
线粒体具有许多特殊性质，使其在细胞中扮演着独特的角色。首先，线粒体含有自己的DNA，称为线粒体DNA或mtDNA，这是一种环状DNA，与核DNA不同。线粒体能够半自主复制，不完全依赖于细胞周期。有趣的是，线粒体主要通过母系遗传，即子代的线粒体几乎全部来自母亲的卵细胞，而非父亲的精子。除了产生能量外，线粒体还参与调控细胞凋亡过程，维持细胞内钙离子平衡，并产生活性氧分子。这些功能使线粒体成为细胞健康和疾病发生的关键因素。
线粒体与多种疾病密切相关。线粒体DNA突变可导致一系列线粒体疾病，影响能量需求高的组织如大脑、肌肉和心脏。研究表明，线粒体功能障碍与阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病，以及糖尿病等代谢疾病有关。此外，线粒体功能下降也是衰老过程的重要因素。从进化角度看，线粒体起源于大约20亿年前的内共生事件，当时一种能够进行有氧呼吸的原始细菌被另一个细胞吞噬但未被消化，最终形成了共生关系。这就是著名的内共生学说。有趣的是，通过追踪线粒体DNA的变异，科学家提出了"线粒体夏娃"假说，认为所有现代人类的线粒体DNA都可以追溯到一位生活在约15万年前的女性祖先。