CitronsyrecyklusRediger
Efter glykolysen aktiveres citronsyrecyklusen ved produktion af acetyl-CoA. Oxidationen af pyruvat af pyruvatdehydrogenase i matrixen producerer CO2, acetyl-CoA og NADH. Betaoxidation af fedtsyrer fungerer som en alternativ katabolisk vej, der producerer acetyl-CoA, NADH og FADH2. Produktionen af acetyl-CoA starter citronsyrecyklusen, mens de producerede co-enzymer anvendes i elektrontransportkæden.
Alle enzymer til citronsyrecyklusen findes i matrixen (f.eks.f.eks. citratsyntase, isocitratdehydrogenase, α-ketoglutaratdehydrogenase, fumarase og malatdehydrogenase) undtagen succinatdehydrogenase, som befinder sig på den indre membran og er en del af proteinkompleks II i elektrontransportkæden. Cyklussen producerer coenzymerne NADH og FADH2 gennem oxidation af kulstof i to cyklusser. Oxidationen af NADH og FADH2 producerer GTP fra succinyl-CoA-synthetase.
Oxidativ fosforyleringRediger
NADH og FADH2 produceres i matrixen eller transporteres ind gennem porin- og transportproteiner for at undergå oxidation gennem oxidativ fosforylering. NADH og FADH2 undergår oxidation i elektrontransportkæden ved at overføre en elektron for at regenerere NAD+og FAD. Protoner trækkes ind i intermembranrummet af energien fra de elektroner, der går gennem elektrontransportkæden. Fire elektroner accepteres til sidst af ilt i matrixen for at afslutte elektrontransportkæden. Protonerne vender tilbage til mitokondriematrixen gennem proteinet ATP-syntase, og energien bruges til at dreje ATP-syntase, som gør det lettere for en proton at passere og dermed producere ATP. En pH-forskel mellem matrixen og intermembranrummet skaber en elektrokemisk gradient, hvormed ATP-syntase kan lade en proton passere gunstigt ind i matrixen.
Urea cyklusRediger
De to første trin i urinstofcyklusen foregår i mitokondriens matrix i lever- og nyreceller. I det første trin omdannes ammoniak til carbamoylphosphat gennem investering af to ATP-molekyler. Dette trin fremmes af carbamoylphosphat-synthetase I. I det andet trin, der fremmes af ornithin-transcarbamylase, omdannes carbamoylphosphat og ornithin til citrullin. Efter disse første trin fortsætter urinstofcyklussen i det indre membranrum, indtil ornithin igen kommer ind i matrixen gennem en transportkanal for at fortsætte de første til trin i matrixen.
TransamineringRediger
α-Ketoglutarat og oxaloacetat kan omdannes til aminosyrer i matrixen ved hjælp af transamineringsprocessen. Disse reaktioner lettes af transaminaser med henblik på at fremstille aspartat og asparagin fra oxaloacetat. Ved transaminering af α-ketoglutarat dannes glutamat, prolin og arginin. Disse aminosyrer anvendes derefter enten inden for matrixen eller transporteres ind i cytosolen for at producere proteiner.
ReguleringRediger
Reguleringen inden for matrixen styres primært af ionkoncentration, metabolitkoncentration og energiladning. Tilgængelighed af ioner som Ca2+ styrer forskellige funktioner i citronsyrecyklusen. i matrixen aktiverer pyruvatdehydrogenase, isocitratdehydrogenase og α-ketoglutaratdehydrogenase, hvilket øger reaktionshastigheden i cyklusen. Koncentrationen af mellemprodukter og coenzymer i matrixen øger eller nedsætter også hastigheden af ATP-produktionen på grund af anaplerotiske og kataplerotiske virkninger. NADH kan virke som en inhibitor for α-ketoglutarat, isocitratdehydrogenase, citratsyntase og pyruvatdehydrogenase. Især koncentrationen af oxaloacetat holdes lav, så eventuelle udsving i denne koncentration tjener til at drive citronsyrecyklusen fremad. Produktionen af ATP tjener også som et middel til regulering ved at virke som en hæmmer for isocitratdehydrogenase, pyruvatdehydrogenase, proteinkomplekserne i elektrontransportkæden og ATP-syntase. ADP virker som en aktivator.
ProteinsynteseRediger
Mitokondriet indeholder sit eget sæt DNA, der bruges til at producere proteiner, der findes i elektrontransportkæden. Det mitokondrielle DNA koder kun for omkring tretten proteiner, der bruges til at behandle mitokondrielle transskriptioner, ribosomale proteiner, ribosomalt RNA, ribosomalt RNA, transfer-RNA og proteinunderenheder, der findes i proteinkomplekserne i elektrontransportkæden.