У клітинні є органели, оточені мембранами: ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми, вакуолі.
Ендоплазматична сітка – це система порожнин у вигляді мікроскопічних канальців та їхніх потовщень, що сполучаються між собою і оточені мембраною. Діаметр канальців перевищує 50 нм, їхні потовщення (в діаметрі до 1000 нм і більше) називають цистернами. Подібно до компонентів цитоскелета мембрани полярні: з одного кінця вони нарощуються, а з іншого - розпадаються на окремі фрагменти.
Розрізняють два види ендоплазматичної сітки - шорстку (гранулярну) та гладеньку (агранулярну). На мембранах шорсткої ендоплазматичної сітки розміщені рибосоми, які під час біосинтезу білка утворюють комплекси з іРНК - полірибосоми (полісоми). Гладенька ендоплазматична сітка не має на своїх мембранах рибосом. Вона є похідною від шорсткої, тому їхні мембрани безпосередньо переходять одна в одну. Мембрани шорсткої ендоплазматичної сітки можуть сполучатися і з плазматичною мембраною.
На мембранах шорсткої ендоплазматичної сітки відбувається біосинтез білків. Ці мембрани також розподіляють синтезовані білки між різними частинами клітини, зокрема по них білки транспортуються до комплексу Гольджі або виводяться назовні. Білки, що надходять до порожнин шорсткої ендоплазматичної сітки, можуть там накопичуватись, «дозрівати» та набувати притаманної їм конфігурації у вигляді вторинної, третинної і четвертинної структур, приєднувати до себе небілкові частини тощо. Крім того, шорстка ендоплазматична сітка бере участь у синтезі компонентів клітинних мембран (мембранні білки, фосфоліпіди, глікопротеїди та ін.).
На мембранах гладенької ендоплазматичної сітки синтезуються стероїдні гормони, ліпіди, вуглеводи, які можуть накопичуватись в її порожнинах. На них відбувається обмін деяких полісахаридів (глікогену). У порожнинах гладенької ендоплазматичної сітки (наприклад, у клітинах печінки) накопичуються токсичні сполуки, які знешкоджуються за участю окиснювальних ферментів і виводяться з клітини. За участю ендоплазматичної сітки формується ядерна оболонка в період між поділами клітини.
Комплекс Гольджі являється основною структурною одиницею цієї органели є стопка (від 5 до 20 і більше) плоских цистерн (мішечків), вкритих мембранами. Поряд з мішечками розміщені пухирці та канальці. Цистерни комплексу Гольджі, як правило, полярні: до одного полюса безперервно підходять пухирці, які відриваються від ендоплазматичної сітки і містять продукти синтезу. Вони зливаються з цистернами, віддаючи їм свій вміст. З іншого полюса цистерн відокремлюються пухирці, наповнені різними речовинами. Вони транспортують ці сполуки в інші ділянки клітини або виводять їх (секретують) за її межі. Зокрема, комплекс Гольджі бере участь в утворенні лізосом, що містять гідролітичні ферменти, синтезовані на мембранах шорсткої ендоплазматичної сітки.
Комплекс Гольджі є в усіх еукаріотичних клітинах, але його будова у різних організмів може варіювати. Так, у рослинних клітинах структурні одиниці (їхнє число досягає 20 і більше) відокремлені одна від одної, в клітинах інших організмів вони можуть з'єднуватись у загальну сітку.
У комплексі Гольджі формуються лізосоми. Ферменти, які входять до їхнього складу, синтезуються на мембранах шорсткої ендоплазматичної сітки, потім транспортуються до цистерн комплексу Гольджі і відокремлюються від них у вигляді пухирців, оточених мембраною.
У цистернах комплексу Гольджі синтезуються деякі полісахариди, які можуть зв'язуватись з білками, що надходять з шорсткої ендоплазматичної сітки. В рослинних клітинах у них утворюються деякі полісахариди (пектини, геміцелюлози), які згодом входять до складу клітинних стінок.
Комплекс Гольджі бере участь у побудові плазматичної мембрани та інших клітинних мембран. Наприклад, у клітинах найпростіших за допомогою його елементів формуються скоротливі вакуолі. Зі складових комплексу Гольджі в головці сперматозоїдів утворюється списо- або чашоподібний утвір - акросома. У ній містяться ферменти, які під час запліднення розчиняють оболонки яйцеклітини і забезпечують проникнення в неї сперматозоїда. Під час поділу клітини комплекс Гольджі розпадається на окремі структурні одиниці, які випадково розподіляються між дочірніми клітинами.
Лізосоми - це пухирці діаметром 100-800 нм, оточені мембраною. Вони містять різноманітні гідролітичні ферменти, здатні розщеплювати органічні сполуки (білки, ліпіди, вуглеводи, нуклеїнові кислоти) і забезпечують процеси внутрішньоклітинного травлення. В клітині містяться різні типи лізосом, які відрізняються за особливостями будови.
Первинні лізосоми формуються за участю комплексу Гольджі. Зливаючись із піноцитозними чи фагоцитозними пухирцями, вони утворюють вторинні лізосоми (травні вакуолі). Після злиття ферменти первинних лізосом активуються і вміст травних вакуолей перетравлюється. Якщо сполуки або мікроорганізми у вторинних лізосомах розщеплюються неповністю, вони перетворюються на залишкові тільця. Деякі з них виводяться з клітини назовні, а інші— залишаються в ній.
Ще один тип лізосом - аутолізосоми - бере участь у перетравлюванні окремих компонентів клітин, цілих клітин або їхніх груп. Вважають, що за допомогою аутолізосом знищуються дефектні органели, пошкоджені, мертві клітини, зникають хвіст у пуголовків, хрящі при утворенні кісток, руйнуються личинкові органи під час заляльковування комах тощо.
Вакуолі - це порожнини в цитоплазмі, оточені мембраною та заповнені рідиною. В клітинах еукаріот є різні типи вакуолей.
Вакуолі рослинних клітин виникають з пухирців, які відокремлюються від ендоплазматичної сітки. Дрібні вакуолі зливаються у великі, які можуть займати майже весь об'єм рослинної клітини. Вони заповнені клітинним соком - водним розчином органічних і неорганічних сполук, у тому числі продуктів обміну або пігментів. Функції цих вакуолей різноманітні: вони підтримують тургорний тиск, сприяючи збереженню сталої форми клітин, у них зберігаються розчинні запасні поживні речовини і накопичуються токсичні продукти обміну. Завдяки напівпроникності крізь мембрани вакуолею речовини з цитоплазми транспортуються в порожнину вакуолі, і навпаки.
Скоротливі вакуолі прісноводних одноклітинних тварин і водоростей, утворюються з елементів комплексу Гольджі. Вони регулюють осмотичний тиск у клітині, беруть участь у виведенні з неї деяких розчинних продуктів обміну, а також сприяють надходженню в клітину води з киснем.