内膜和嵴包围着的线粒体内部空间，含有多种蛋白质和脂类，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、tRNA、rRNA以及线粒体基因表达的各种酶，基质的标志酶是苹果酸脱氢酶。
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