Een van de kenmerken waarmee eukaryotische cellen onderscheiden kunnen worden is de aanwezigheid van membraangebonden organellen – zoals de kern en mitochondriën – die bepaalde functies vervullen. Biologische membranen laten slechts een klein aantal stoffen door waardoor het membraan van een organel een compartiment met een gecontroleerde omgeving creëert. Deze micro-omgevingen verschillen vaak van het omringende cytosol en zijn afgestemd op de specifieke functies van het organel.
Lysosomen – organellen in dierlijke cellen die moleculen en celafval verteren – hebben bijvoorbeeld zuurdere omgeving dan het omringende cytosol, omdat de enzymen een lagere pH nodig hebben om reacties te katalyseren. De pH in mitochondriën wordt ook gereguleerd en helpt bij het uitoefenen van hun functie om energie te produceren.
Sommige eiwitten hebben een oxidatieve omgeving nodig voor een goede vouwing en om goed te kunnen functioneren, maar helaas is het cytosol over het algemeen reductief. Deze eiwitten worden daarom geproduceerd door ribosomen in het endoplasmatisch reticulum (ER), waar het milieu geschikter is. Eiwitten worden vervolgens vaak de cel in getransporteerd door membraangebonden blaasjes.
Het genetisch materiaal van eukaryotische cellen is opgeslagen in de kern, die omringd is door een dubbel membraan dat de nucleaire envelop wordt genoemd. Kleine poriën in de envelop bepalen welke moleculen of ionen de kern binnen kunnen komen of de kern kunnen verlaten. Messenger-RNA (mRNA) verlaat bijvoorbeeld de kern via deze poriën om de genetische instructies uit DNA naar de ribosomen te vervoeren, waar ze vervolgens vertaald kunnen worden in eiwitten.
Organellen kunnen ook een cel beschermen doordat ze gevaarlijke stoffen bevatten waarmee ze stoffen kunnen neutraliseren. Peroxisomen voeren bijvoorbeeld oxidatiereacties waarbij waterstofperoxide wordt geproduceerd – wat giftig is voor cellen – maar ze bevatten ook enzymen die dit om kunnen zetten in zuurstof en water, wat niet schadelijk is voor de cel. De compartimentering in eukaryotische cellen zorgt ervoor dat verschillende functies uitgevoerd kunnen worden die anders niet mogelijk zouden zijn vanwege de pH van de omgeving of door de productie van schadelijke bijproducten.
