La célula eucariota tiene en la actualidad una estructura organizada. A medida que la atmósfera se enriquecía con oxígeno, pereció una parte de las células primitivas que no pudieron adaptarse a estas nuevas condiciones. Otras desarrollaron una capacidad para respirar, o bien, tuvieron que ocultarse en lugares donde el oxígeno estaba ausente para conservar su condición de anaerobias. Sin embargo, una tercera clase descubrió que si se unía en simbiosis con una célula aerobia podía sobrevivir y desarrollarse de un forma mucho más rica.
Ésta es la hipótesis más viable para la organización metabólica de las células eucariotas de hoy día que se estudia en detalle más adelante.
Por definición y en contraste con las células procariotas, las células eucariotas tienen una estructura organizada y disponen de un cierto número de organelos. En particular, tienen un núcleo, separado del resto de la célula mediante una membrana nuclear, que es casi por completo de DNA.
El resto de la célula está constituido por el citoplasma, lugar donde se realiza la mayor parte de las reacciones metabólicas y donde se encuentra un cierto número de organelos. Éstos se tratan con mayor detalle más adelante; entre ellos destacan: Mitocondrias y cloroplastos: Retículo endoplásmico liso (fino) y retículo endoplásmico rugoso (grueso); Aparato de Golgi; Ribosomas; Lisosomas y peroxisomas; Citoesqueleto; Vacuolas; Flagelos.
Una membrana más o menos organizada rodea la célula eucariota, como las procariotas; dicha membrana está constituida fundamentalmente por fosfolípidos y proteínas específicas que tienen diferentes funciones.
Al parecer, las mitocondrias evolucionaron a partir de algún organismo procariota que se unió en simbiosis con algún otro organismo primitivo anaerobio. En efecto, en muchos aspectos, las mitocondrias se parecen a los organismos procariotas: Tienen un tamaño y forma parecidos; Se multiplican por división: Contienen su propio DNA; El proceso de respiración se efectúa exclusivamente en ellas; Muchas bacterias actuales respiran igual que las mitocondrias.
Mediante esta simbiosis, primitivos eucariotas anaerobios podrían haber sobrevivido en un ambiente cada vez más rico en oxígeno, utilizando la capacidad del procariota asociado para producir energía mediante el consumo de oxígeno atmosférico.
La adquisición de mitocondrias tuvo, sin duda, importantes repercusiones. Al ocuparse sólo de la respiración, permitió que la membrana se especializara en otras funciones, a diferencia de lo que ocurre en los procariotas; en éstos se debe conservar un gradiente importante de H+ en la membrana plasmática para producir ATP. Por consiguiente, la membrana eucariota pudo crear canales iónicos y otros organelos —receptores— especializados en el intercambio de señales.
Los cloroplastos llevan a cabo la fotosíntesis de la misma manera que las cianobacterias: absorben la luz solar con la clorofila que existe en sus membranas. También los cloroplastos manifiestan similitudes notables con las cianobacterias: Son similares en forma y tamaño; Las membranas en las que se encuentra la clorofila están dispuestas en capas; Se reproducen por división; Contienen DNA con secuencias muy parecidas al DNA bacteriano.
Todo ello apunta a que los cloroplastos evolucionaron a partir de las cianobacterias que se unieron en simbiosis a alguna célula eucariota primitiva. Este tipo de simbiosis es relativamente frecuente y, en la actualidad, se conocen células eucariotas que tienen auténticas cianobacterias en su interior.
La teoría de la evolución de los eucariotas a partir de la hipótesis simbiótica se ilustra en la siguiente figura:
