过98%的线粒体表达内的蛋白质。某些线粒体中不含DNA的生物（如隐孢子虫等）的mtDNA可能已完全丢失或整合入核DNA中。线粒体DNA（mtDNA）在线粒体中有2-10个备份，呈双链环状（但也有呈线状的特例存在）。mtDNA长度一般为几万至数十万碱基对，人类mtDNA的长度为16,569bp，拥有有37个基因，编码了两种rRNA（12S rRNA和16S rRNA）、22种tRNA（同样转运20种标准氨基酸，只是亮氨酸和丝氨酸都有两种对应的tRNA）以及13种多肽（唿吸链复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的亚基）。mtD