Les biologistes divisent toute vie sur Terre en trois domaines: les bactéries, les archées et les eucariens. Les bactéries et les archées sont toutes deux constituées de cellules uniques sans noyau ni organites internes liés à la membrane. Les eucaryas sont tous les organismes dont les cellules contiennent un noyau et d'autres organites liés à la membrane interne. Les eucaryotes sont également connus pour avoir un organite spécialisé appelé mitochondrie. Les mitochondries sont une caractéristique si commune à la plupart des eucaryotes que beaucoup de gens oublient ces quelques eucaryotes qui manquent de mitochondries.
Une seule cellule eucaryote se compose d'un cytoplasme aqueux semblable à un gel dans lequel une membrane nucléaire globulaire contient l'ADN, et des compartiments liés à la membrane séparent les autres zones de travail de la cellule. Presque tous les eucaryotes contiennent un organite appelé mitochondrie. Les mitochondries contiennent leur propre ADN et utilisent leur propre machinerie de synthèse des protéines - complètement indépendante de la machinerie du reste de la cellule. L'opinion admise est qu'une bactérie a envahi un archéen il y a plusieurs centaines de millions d'années. La relation a évolué vers une relation symbiotique. Les bactéries sont maintenant connues sous le nom de mitochondries, et la combinaison a évolué en la plupart des organismes eucaryotes connus.
Les mitochondries sont les principaux sites générateurs d'énergie dans la plupart des cellules eucaryotes. Ils sont essentiels pour un processus appelé respiration cellulaire aérobie. La respiration cellulaire est un processus dans lequel les cellules séparent les molécules organiques et stockent l'énergie qu'elles extraient dans des molécules appelées adénosine triphosphate ou ATP. Cela peut être fait sans oxygène, auquel cas on parle de respiration anaérobie. Mais si de l'oxygène est présent, la plupart des cellules eucaryotes et certaines cellules procaryotes peuvent générer beaucoup plus de molécules d'ATP en utilisant le processus de respiration cellulaire aérobie. Chez les eucaryotes, ce processus se déroule au sein des mitochondries. Chez les procaryotes aérobies, ce processus a lieu au niveau de la membrane cellulaire.
De nombreuses cellules eucaryotes tirent la majeure partie de leur énergie du glucose. La première étape consiste à diviser le glucose en deux parties égales. Cette étape est appelée glycolyse. La glycolyse se produit dans le cytoplasme et il génère un peu d'énergie pour la cellule. L'étape suivante de la production d'énergie dépend du type spécifique de cellule et de l'environnement instantané à l'intérieur de la cellule. Si les niveaux d'oxygène sont faibles, les cellules eucaryotes peuvent se rabattre sur la respiration cellulaire anaérobie - en particulier, un processus appelée fermentation, qui utilise les produits de la glycolyse pour produire un peu plus d'énergie et laisse un composé appelé lactique acide. Les cellules musculaires humaines le font lorsque la demande d'énergie des muscles dépasse le taux d'absorption d'oxygène. Lorsque des niveaux suffisants d'oxygène sont présents, les humains et les autres organismes eucaryotes profitent de la plus grande quantité d'énergie qu'ils peuvent obtenir en utilisant les produits de la glycolyse pour achever la respiration aérobie dans le mitochondries.
Les eucaryotes qui utilisent l'oxygène pour optimiser leur production d'énergie ne pourraient pas survivre si leurs mitochondries étaient emportées. Mais il existe des eucaryotes qui n'ont pas de mitochondries, appelés eucaryotes amitochondries. Comme ils n'ont pas de mitochondries pour compléter la respiration aérobie, tous les eucaryotes amitochondries sont anaérobies. Le parasite intestinal Giardia lamblia, par exemple, est anaérobie et n'a pas de mitochondries. D'autres amitochondries sont Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum et Entamoeba histolytica. Il y a une question concernant l'origine de ces organismes: ont-ils perdu les mitochondries qu'ils ont eu une fois, ou sont-ils les descendants des premiers eucaryotes d'avant la fusion avec mitochondries? Des relations phylogénétiques différentes entre les amitochondries et d'autres eucaryotes ont été proposées, mais il n'y a pas d'explication unique acceptée à l'heure actuelle.