L’un des traits caractéristiques des cellules eucaryotes est qu’elles contiennent des organites délimités par une membrane, comme le noyau et les mitochondries, qui exercent des fonctions particulières. Comme les membranes biologiques ne sont perméables qu’à un petit nombre de substances, la membrane autour d’un organite crée un compartiment avec des conditions contrôlées à l’intérieur. Ces micro-environnements sont souvent distincts de l’environnement du cytosol qui les entoure et ils sont adaptés aux fonctions spécifiques de l’organite.

Par exemple, les lysosomes — organites dans les cellules animales qui digèrent les molécules et les débris cellulaires — maintiennent un environnement plus acide que le cytosol environnant, parce que leurs enzymes ont besoin d’un pH inférieur pour catalyser les réactions. De même, le pH est régulé dans les mitochondries, ce qui les aide à remplir leur fonction de production d’énergie.

En outre, certaines protéines ont besoin d’un environnement oxydatif pour se replier et opérer de façon appropriée, mais le cytosol est généralement réducteur. Par conséquent, ces protéines sont produites par des ribosomes dans le réticulum endoplasmique (RE), qui maintient l’environnement nécessaire. Les protéines sont souvent transportées à l’intérieur de la cellule par des vésicules délimitées par une membrane.

Le matériel génétique des cellules eucaryotes est compartimenté dans le noyau, qui est entouré d’une double membrane appelée l’enveloppe nucléaire. De petits pores dans l’enveloppe contrôlent les molécules ou les ions qui peuvent entrer ou quitter le noyau. Par exemple, l’ARN messager (ARNm) sort du noyau par ces pores pour apporter les instructions génétiques codées dans l’ADN aux ribosomes, où elles peuvent être traduites en protéines.

Les organites peuvent également protéger une cellule en contenant et en neutralisant des substances dangereuses. Par exemple, les peroxysomes effectuent des réactions d’oxydation qui produisent du peroxyde d’hydrogène, qui est toxique pour les cellules, mais ils contiennent également des enzymes qui le transforment en oxygène et en eau inoffensifs. Par conséquent, la compartimentation permet aux cellules eucaryotes d’effectuer une grande variété de fonctions différentes qui seraient autrement incompatibles en termes de leurs environnements requis ou des sous-produits engendrés.