Le réticulum endoplasmique et les ribosomes représentent un réseau ramifié à l'intérieur du cytoplasme, en un système de membrane continue, qui comporte deux aspects :
 

- lisse :REL pour réticulum agranulaire.

- granulaire :REG, granuleux en surface et situé près du noyau.

1/  structure du réticulum endoplasmique

Les membranes sont toujours continues, même si le plan de coupe ne passe pas idéalement par les communications REG - Enveloppe nucléaire.

3 critères de différence entre REG et REL
 

Il existe des polysomes libres ou fixés, c'est l'ARN qui relie les ribosomes entre eux.

2/  isolement des constituants

Les microsomes lisses ont pour origine : l'appareil de Golgi, la membrane plasmique et le réticulum endoplasmique lisse.  S2 est ensuite traitée par centrifugation différentielle avec du saccharose à 0,88 M;  formant un milieu visqueux pour ralentir la vitesse de sédimentation. Il s'agit de la combinaison d'une centrifugation différentielle avec une centrifugation sur gradient préformé.

Les cellules et leurs différents compartiments produisent des molécules transportées sous forme de vésicules

L'organisme est fait d’environ 100 000 milliards de cellules fabriquées et entretenues à partir de l'ADN. Les cellules exportent aussi des molécules qui vont aller agir sur telle ou telle partie ou fonction de l'organisme.

En effet, les protéines destinées à construire ou renouveler l'intérieur de la cellule, ainsi que les protéines destinées à être exportées, sont fabriquées par l’intermédiaire d'un organite (structure intracellulaire délimitée par une membrane) appelé ribosome. Les ribosomes utilisent l'information contenue dans l'ADN du noyau. Cette information leur parvient sous la forme de brins d'ARN messagers issu de la traduction de L’ADN grâce à une enzyme ARN polymérase en ARN.

Les ribosomes (chapitre suivant) flottent dans le cytoplasme ou sont fixés au REG.

Une fois synthétisées, grâce aux ribosomes mais aussi à d’autres mécanismes que nous verrons plus tard (ARN t…), les protéines s'agrègent avec des lipides sous la forme de petits paquets, appelés vésicules (contenu protéique entouré une double couche lipidique). Ces vésicules peuvent se former dans le cytoplasme, dans le réticulum endoplasmique ou dans un autre organite, l'appareil de Golgi

Lors de cette agrégation en vésicules, des modifications sur les protéines peuvent survenir essentiellement dans l’appareil de Golgi où il peut y avoir ajout de sucres, de phosphates, parfois des découpages, etc. Ensuite, en fonction de leur rôle spécifique, les vésicules vont s’ouvrir à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule.

Les chercheurs ont donc mis en évidence le système de régulation très précis qui contrôle ces mécanismes. Trois gènes contrôlants le système de transport intracellulaire ont été identifiés.

Randy Schekman à pour cela utilisé des levures de bière (Saccharomyces cerevisiae).

En effectuant un ciblage, il constate que certaines levures dysfonctionnent et les vésicules s'entassent dans certaines parties de la cellule au lieu d'être réparties et distribuées normalement.

Les chercheurs isolent ces levures dysfonctionnantes et en les clonant (ils les font se reproduire),   concluent que l'origine du problème est génétique puisque les mêmes constats sont faits. Ensuite, Ils identifient les gènes mutés et constatent qu'il y a 3 classes de gènes différents qu’ils nomment :"sec" ("sec" comme "sécrétion"). Ils déterminent que ces trois gènes contrôlent le système de constitution, de transport et de sécrétion de la cellule. Plus tard, ces mêmes gènes seront mis en évidence chez les mammifères.

James Rothman découvrira aussi comment les vésicules transportent et livrent leur cargaison à un endroit précis mais aussi par quel mécanisme les vésicules fusionnent avec un autre organite pour déverser leur contenu dans la cellule ou en expulsant leur contenu hors de la cellule (exocytose).

A partir de cellules cérébrales bovines, James Rothman et son équipe découvrent en 1993 un complexe protéique, au sein des vésicules, qui permet à ces dernières de fusionner avec les membranes cellulaires pour déverser leur contenu. Ces protéines de fusion sont dénommées SNARE (Soluble N-éthylmaleimide-sensitive-factor Attachment protein REceptor). Il s’avérera plus tard que les SNARE sont synthétisées à partir des trois gènes découverts par James Rothman dans les souches de bière mais aussi permettaient de synthétiser des protéines qui guidaient la formation des vésicules, leur transport et leur fusion avec leur cible intra-cellulaire ou membranaire pour la sécrétion.

Thomas Südhof va mettre en évidence le rôle majeur des ions calcium et la manière dont les cellules nerveuses de l'organisme communiquent entre elles. Il élucidera pourquoi à un moment donné les neurones sécrètent-ils des neurotransmetteurs ou molécules destinées à d'autres neurones ou autres cellules de l'organisme.

Il va étudier ce qui se passe au niveau du corps cellulaire des neurones et, plus précisément, au niveau des vésicules dont le contenu va être secrété (vésicules neurosécrétrices).

Il va découvrir dans les vésicules neurosécrétrices l'existence de la synaptotagmine, une protéine transmembranaire qui s'associe au complexe SNARE et à la membrane plasmique permettant la fusion membranaire et la libération des neurotransmetteurs dans l'espace synaptique (espace entre deux neurones appelé la fente synaptique).

Il découvre également que le passage à l'action de la synaptotagmine est sous la dépendance de la concentration en ions calcium (Ca 2+) à l'intérieur de l'extrémité sécrétrice du neurone. Il déterminera que lorsque le calcium intracellulaire augmente après un signal électrique (potentiel d’action), la synaptotagmine se met à interagir avec le complexe SNARE et va déclencher la fusion de la vésicule. Ces découvertes vont permettre d’expliquer comment fonctionne la régulation de la neurotransmission qui est par conséquent sous la dépendance du calcium et des protéines qui y sont sensibles (traduction chimique d'un signal électrique). La variation très fine du taux de calcium intra neuronal va influer sur la capacité, ou non, de libérer des protéines et donc à assurer un bon fonctionnement des neurones et plus largement le cerveau. A partir de là, certaines pathologies pourront être expliquées (un taux trop élevé calcium va accélérer les neurosécrétions, épuiser les neurones et provoquer une neurodégénérescence (se retrouve dans la maladie d'Alzheimer).

Ce mécanisme est ubiquitaire, il se trouve dans toutes cellules de l’organisme. En effet et par exemple, il a été retrouvé au niveau des cellules bêta du pancréas (les îlots de Langerhans). Schématiquement, si la concentration en calcium augmente dans les cellules sous l'influence de l'hyperglycémie (alimentation trop riche en sucres par exemple), des protéines sensibles au calcium vont déclencher la sécrétion de vésicules contenant de l'insuline (rôle hypoglycémiant) afin de réguler la glycémie. Mais si le métabolisme calcique est perturbé par exemple dans l’hyperglycémie chronique insensibilisante, les cellules, ne laissent plus entrer le calcium et la sécrétion insuline diminue car il n’y a plus de fusion des vésicules le diabète de type 2 s'installe.