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内膜 （inner membrane）含100种以上的多肽,蛋白质和脂类的比例高于3:1.心磷脂含量高（达20%）、缺乏胆固醇,类似于细菌.通透性很低,仅允许不带电荷的小分子物质通过,大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统.如：丙酮酸和焦磷酸是利用H+梯度协同运输.线粒体氧化磷酸化的电子传递链位于内膜,因此从能量转换角度来说,内膜起主要的作用.内膜的标志酶为细胞色素C氧化酶.它是位于外膜内层的一层单位膜结构,厚约6nm.内膜对物质的通透性很低,只有不带电的小分子物质才能通过.内膜向内折褶形成许多嵴,大大增加了内膜的表面积.内膜含有三类功能性蛋白:①呼吸链中进行氧化反应的酶; ②ATP合成酶复合物; ③一些特殊的运输蛋白,调节基质中代谢代谢物的输出和输入.3、膜间隙(intermembrane space)是内外膜之间的腔隙,延伸至嵴的轴心部,腔隙宽约6-8nm.由于外膜具有大量亲水孔道与细胞质相通,因此膜间隙的pH值与细胞质的相似.标志酶为腺苷酸激酶.它是内膜和嵴包围着的线粒体内部空间,含有很多蛋白质和脂类,催化三羧酸循环中脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类,也都存在于基质中.此外,还含有线粒体DNA、 线粒体核糖体、tRNAs、rRNAs以及线粒体基因表达的各种酶.基质中的标志酶是苹果酸脱氢酶.
