Mitose - Ablauf und Funktion

Bei einer mitotischen Teilung einer Zelle entstehen zwei gleichalte, genetisch identische Tochterzellen aus einer Mutterzelle. Die Mitose schließt sich an eine Synthesephase an, in der die Zelle ihre DNA durch Replikation verdoppelt. Die Synthesephase wiederum ist Teil der Interphase, also der Phase zwischen zwei Mitosen, in der die Zelle als differenzierte Körperzelle oder als embryonale Stammzelle ihre Funktion für den Organismus erfüllt.

Interphase

In der Interphase der Mitose wird die DNA zunächst kopiert, sodass ein doppelter Chromosomensatz vorliegt. Hat eine Replikation stattgefunden, sprechen wir von einem diploiden Chromosomensatz aus Zwei-Chromatid-Chromosomen (2n, 4c). Hier liegen also jeweils die homologen Chromosomenpaare vor (2n), die bereits kopiert wurden (4c). Jedes Chromosom besteht nun aus zwei identischen Chromatiden, die am Centromer verbunden sind. Die Erbsubstanz liegt für die Replikation noch in dekondensierter Form vor. Hat die Replikation in der Interphase stattgefunden, folgt darauf fast immer die Mitose.

Prophase

Für die Verteilung des verdoppelten Chromosomensatzes auf zwei Tochterzellen muss die DNA in eine transportfähige Form verpackt werden. Dies geschieht in der Prophase, wobei verschiedene Proteine bei der geordneten Kondensation der Chromatin-Fäden unterstützen. Bei vollständiger Kondensation der DNA ist die Prophase abgeschlossen. Die Chromosomen sehen nur zu diesem kurzen Zeitpunkt während der Mitose genau so aus, wie wir sie auf einem Karyogramm sehen. In dieser Form kann die auf der DNA abgelegte Erbinformation von der Zelle nicht transkibiert werden.

Metaphase

In der Metaphase werden die Chromosomen durch den sich bildenden Spindelfaserapparat aus Mikrotubuli in der Äquatorialebene zwischen den beiden Spindelfaserpolen angeordnet. Die Mikrotubuli setzen an den Centromeren der Chromosomen an und verbinden diese mit den beiden Zellpolen. Sind alle Chromosomen auf der Metaphaseplatte angeordnet, ist die Metaphase abgeschlossen.

Anaphase

Die beiden Schwesterchromatiden werden dann getrennt und durch die Spindelfasern am Centromer zu den Zellpolen hin gezogen. Diese entscheidende Phase der Mitose ist die Anaphase. Verläuft die Mitose fehlerfrei, sammeln sich in der Nähe der Zellpole zwei vollständige (2n, 2c) Chromosomensätze aus Ein-Chromatid-Chromosomen.

Telophase

In der nun folgenden Telophase wird die eigentliche Teilung der Mutterzelle in zwei Tochterzellen durchgeführt. Dazu bildet sich um die Erbsubstanz eine neue Kernhülle und es wird eine Mittelwand und/oder Zellmembran in der Mitte der Zelle gebildet. Gleichzeitig dekondensieren die Chromosomen wieder und der Spindelapparat löst sich auf.

Nach der Mitose ist vor der Mitose

Die neu entstandenen Tochterzellen sind gleich alt, genetisch identisch untereinander und mit der Zelle, aus der sie hervorgegangen sind (2n, 2c). Sie unterscheiden sich jedoch von der Mutterzelle in der Masse und beginnen daher in der nun folgenden Interphase, durch Genexpression und Stoffwechsel, Masse aufzubauen. Bei sehr teilungsaktiven Zellen kann die Replikation für die nächste Mitose bereits beginnen, bevor die vorherige Mitose bzw. die Zytokinese ganz abgeschlossen ist.

Eine differenzierte Zelle kann mehrere Jahre oder auch ein ganzes Leben in der sogenannten G0-Phase verharren. Die DNA wird dann ausschließlich exprimiert, jedoch nicht repliziert und die Zelle teilt sich folglich auch nicht. Manche Zellen können aus der G0-Phase wieder in die G1-Phase wechseln und dann mitotisch teilen. Dies ist z.B. der Fall, wenn eine Verletzung wieder heilen muss. Andere Zellen, z.B. Nervenzellen, sterben bei Verletzungen oder anderen Einflüssen ab und werden nicht ersetzt. Wieder andere Zellen bleiben in einem regelmäßigen Zellzyklus und teilen sich fortwährend, z.B. Hautzellen oder Schleimhautzellen.

Unterschied zwischen Mitose und Meiose

Im Unterschied zur Meiose halbiert sich das genetische Material für die Mitose niemals auf einen haploiden Chromosomensatz (1n, 1c), sondern bleibt immer diploid. Das bedeutet, dass zu jedem Zeitpunkt die vollständige genetische Information der Zelle erhalten bleibt. Ausschließlich bei der Meiose darf nur jeweils eines der beiden homologen Chromosomen je Paar in eine der entstehenden Tochterzelle (=Keimzelle) gelangen. Hier wird das genetische Material halbiert, um in der Zygote mit einer weiteren Keimzelle wieder einen diploiden Chromosomensatz zu erhalten.