Большинство физиологических процессов, происходящих в клетке, являются энергозависимыми. Клетка получает энергию за счет метаболической деградации карбогидратов, в основном углеводов и жирных кислот, и сохраняет ее в виде некоторой энергетической единицы - молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). В этом соединении максимально энергоемкой является связь между последним (третьим) остатком фосфорной кислоты и аденозиндифосфатом (АДФ). Расщепление АТФ по этой связи и служит источником энергии при осуществлении энергозависимых процессов. Клетка постоянно расходует огромное количество АТФ, и его воспроизводство является жизненно необходимым. Синтез АТФ осуществляется в специальных органеллах - митохондриях, однако для обеспечения работы митохондрий используются разнообразные клеточные возможности.
Митохондрия - удивительная и весьма своеобразная мембранная органелла. Похоже, что для эукариотической клетки животных она не является родной. Ее далекими предками были, вероятно, микроорганизмы, которые использовали клетку как временного хозяина (так это делают некоторые современные внутриклеточные паразиты, например риккетсии). Постепенно совместное проживание стало взаимовыгодным - микроорганизмы, привлекая клеточные ресурсы, специализировались на производстве высокоэнергетических соединений, которые, в свою очередь, использовались клеткой-хозяином для собственных нужд.
Черты «пришельца» можно отчетливо проследить в митохондриях. Во-первых, они имеют свой собственный геном (кольцевые молекулы ДНК) и аппарат синтеза белка - рибосомные, матричные и транспортные РНК, что позволяет этим органеллам синтезировать 13 ферментов, участвующих в окислительном фосфорилировании. Большинство митохондриальных белков кодируются в хромосомах клеточного ядра и синтезируются на рибосомах в цитозоле. Затем они транспортируются в виде готовых полипептидных цепей в митохондрии. Такой трансмембранный перенос готовых белков необычен. Для осуществления этого переноса в мембраны митохондрий встроены специальные белковые комплексы - транслоказы, которые функционируют аналогично транслоказам гранулярной эндоплазматической сети. Чтобы пройти сквозь транслоказу, белок разворачивается в пептидную цепочку с помощью шаперонов и, попадая в митохондрию, восстанавливает свою 3-мерную структуру.