Вътрешната митохондриална мембрана обгръща матрикса. Матриксът е сравнително вискозен, защото 50% от състава му е запълнен с протеини. Тук се намират ензимите, участващи в цикъла на трикарбоновите киселини (цикъла на Кребс), както и ензимите, включени в β-окислението на мастните киселини. Главните продукти на матрикса са въглеродният диоксид, и редуцирания NADH (никотинамидадениндинуклеотид), който е източник на електрони за електронната транспортна верига. Матриксът съдържа също рибозоми, трите вида РНК и двойноверижна кръгова ДНК. Тук се намират и матриксни гранули, които свързват калциеви и магнезиеви йони, чиято конкретна роля все още не е изяснена.

В повечето случаи, чрез своето нагъване, вътрешна митохондриална мембрана образува множество гребени или кристи. Важна компонента на мембраната е фосфолипидът кардиолипин, който заема около 20% от общото ѝ липидно съдържание и се намира на това място в организма почти ексклузивно. Той има важно значение за функцията на множество ензими, които участват в митохондриалния енергиен метаболизъм, както и спомага мембраната да бъде трудно пропусклива за йони, протони и електрони.

NEWS_MORE_BOX



Друга важна съставка на мембраната са протеиновите компрекси, които изпълняват три основни функции: провеждат окислителното фосфорилиране, синтезират аденозинтрифосфат (АТФ) и регулират електрон-транспортната верига. Електрон-транспортните вериги са отговорни за преноса на електрони и водородни катиони от матрикса към междумембранното пространство. Тези вериги създават електрохимичен градиент и енергия за образуването на АТФ. Важни ензими в тези вериги са NADH-дехидрогеназния комплекс, цитохромните b- и с-комплекси и цитохромния оксидазен комплекс. По вътрешната мембрана са установени и мембранни субединици съдържащи АТФ-синтаза, която е необходима за синтезата на АТФ от аденозиндифосфат (АДФ).