线粒体酶被分为三个功能簇：TCA循环（簇1）、氨基酸生物合成（簇2）和单碳代谢（簇3），其中P5CS架起了这三个途径。当细胞依赖于OXPHOS时，脯氨酸合成得以维持，这表明在氧化和还原代谢之间存在平衡。

成像显示P5CS在线粒体中形成细丝，特别是在依赖oxphos的条件下或营养胁迫下。突变体P5CS不能形成细丝导致脯氨酸合成减少，证实了形成细丝的必要性。添加脯氨酸或鸟氨酸可逆转P5CS纤维的形成，表明代谢需求调节了这一过程。

在体内，胰腺肿瘤细胞的线粒体亚群中观察到P5CS聚类，而邻近的正常组织则缺乏这种聚类。在肿瘤细胞中，含有P5CS的线粒体缺乏ATP合酶成分，而那些富含ATP合酶的线粒体不含P5CS。当线粒体分离时，即使总蛋白水平保持不变，P5CS与ATP合酶的相关性也较低。

含有p5cs的线粒体显示出更高的膜电位，表明它们参与脯氨酸和鸟氨酸合成的还原性代谢，而富含ATP合酶的线粒体较少参与这一过程。此外，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）水平的降低影响了脯氨酸的合成，证实了还原线粒体环境对脯氨酸的产生是必不可少的。

此外，含有p5cs的线粒体几乎完全失去了嵴，取而代之的是成堆的蛋白质细丝，而富含ATP合酶的线粒体则维持了嵴。含有p5cs的线粒体缺乏MICOS复合物MIC60和ATP合成酶亚基ATP5I。缺乏OPA1破坏了嵴，但没有阻止脯氨酸的生物合成。

活细胞成像显示含有p5cs的线粒体在半乳糖培养基中融合成更大的网络。融合缺陷细胞无法从ATP合酶中分离P5CS，呼吸活性受损，但脯氨酸合成维持正常。分裂缺陷细胞显示线粒体拉长，P5CS无法分离，脯氨酸合成减少，胶原蛋白生成受损。重新引入DRP1恢复了脯氨酸和胶原合成，将线粒体裂变与脯氨酸生物合成联系起来。