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Mitose - Einfach erklärt!

Was ist die Mitose?

Die Mitose beschreibt den Vorgang der Zellteilung. Die Zellteilung beginnt mit der Verdopplung der DNA und endet mit der Abschnürung der neuen Zelle. So entstehen aus einer Mutterzelle zwei identische Tochterzellen, die die gleiche genetische Erbinformation beinhalten. Während der gesamten Mitose haben sowohl die Mutterzelle als auch die beiden entstehenden Tochterzellen einen doppelten (diploiden) Chromosomensatz. Die Mitose ist neben der Interphase ein Teil des Zellzyklus und dient der Vermehrung von Körperzellen, wie zum Beispiel Hautzellen. Die Mitose lässt sich in unterschiedliche Stadien einteilen und läuft immer auf die gleiche Art und Weise ab.

Aufgabe der Mitose

Die Aufgabe der Mitose ist die Zellteilung und somit die Vermehrung von Körperzellen. Voraussetzung für den Ablauf der Mitose ist die vorangegangene Interphase, in der die DNA verdoppelt wird. Aus einer Mutterzelle mit einem doppelten (diploiden) Chromosomensatz entstehen in einem immer gleich ablaufenden Prozess zwei identische Tochterzellen. Auch diese haben einen doppelten Chromosomensatz, der jedoch nur aus einem Chromatid besteht. Die Verdopplung der DNA erfolgt wieder in der Interphase. Die Mitose läuft jedoch nicht bei allen Zellen unseres Körpers ab. Man unterscheidet Körperzellen von Keimzellen, die nicht durch die Mitose, sondern durch die Meiose entstehen. Das Ergebnis der Meiose sind vier Tochterzellen mit einem einfachen (haploiden) Chromosomensatz, die bereit für eine Befruchtung sind. Eine weitere Besonderheit sind Zellen, die eine hoch spezialisierte Form erreicht haben und sich daraufhin nicht mehr teilen. Dazu gehören zum Beispiel Nervenzellen oder auch rote Blutkörperchen. Jedoch spielt die Mitose eine enorm wichtige Rolle bei Zellen, die Oberflächen begrenzen, wie beispielsweise Hautzellen oder auch Oberflächenzellen (Epithelzellen) im Magen-Darm-Trakt. Diese Zellen müssen regelmäßig erneuert werden, was die Aufgabe der Mitose ist. Durch den immer gleichen Ablauf der Mitose in verschiedene Stadien und mehreren Kontrollpunkten innerhalb der Interphase wird sichergestellt, dass während der Zellteilung keine Fehler passieren.

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Welche Phasen der Mitose gibt es? 

Der Zellzyklus, der für die Zellteilung und damit auch für die Zellvermehrung verantwortlich ist, lässt sich in die Interphase und die Mitose unterteilen. In der Interphase wird die DNA verdoppelt und die Zelle auf die bevorstehende Mitose vorbereitet. Diese Phase des Zellzyklus kann unterschiedlich lang sein und unterscheidet sich je nach Zelltyp sehr stark. Die Mitose ist die zweite Phase des Zellzyklus und beinhaltet die Teilung des Erbguts und die Formung von zwei identischen Tochterzellen aus einer gemeinsamen Mutterzelle. Dabei lässt sich dieser Zellteilungsprozess in unterschiedliche Stadien einteilen, in denen immer charakteristische Prozesse ablaufen. Je nach Quelle werden vier bis sechs Stadien unterschieden.

Zu Beginn erfolgt die Prophase, in der die beiden Chromosomen kondensieren und auch der Spindelapparat entsteht. Als nächstes ordnen sich die beiden maximal kondensierten Chromosomen in der Äquatorialebene an, was als Metaphase beschrieben wird. Zwischen diesen beiden Stadien erwähnen manche Autoren die Prometaphase. Als nächstes erfolgt die Trennung beider Schwesterchromatiden in der Anaphase. Zum Schluss bildet sich in der Telophase eine neue Kernmembran und die Chromosomen lockern sich wieder auf. In manchen Büchern wird noch die sogenannte Cytokinese als eigene Phase betrachtet. Während der Cytokinese schnürt sich der neue Zellleib ab, sodass schließlich zwei identische Tochterzellen entstehen.

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Was ist die Metaphase?

Die Metaphase ist ein Bestandteil der Mitose und somit ein Stadium der Zellteilung von Körperzellen. Sie ist die dritte Phase der Mitose und folgt auf die Prometaphase. Nachdem die Chromosomen kondensiert sind und sich die Kernmembran aufgelöst hat, ordnet sich der doppelte Chromosomensatz in der Äquatorialebene an. Die Metaphase ist auch die einzige Phase der Mitose, in der die Chromosomen unter dem Mikroskop gut sichtbar sind. Das liegt daran, dass die DNA in dieser Phase der Zellteilung ihre kompakteste Form angenommen hat. Die beiden 2-Chromatid-Chromosomen liegen nun nebeneinander auf der Äquatorialebene der Zelle. Diese Ebene hat zu beiden Zellpolen ungefähr den gleichen Abstand. Gewährleistet wird diese Position durch den aufgebauten Spindelapparat, der die Schwesterchromatiden im weiteren Verlauf der Mitose voneinander trennt.

Was ist die Anaphase?

Die Anaphase ist die vierte Phase der Mitose und damit ein Schritt der Zellteilung von kernhaltigen Zellen. Nachdem sich die Chromosomen kondensiert haben und sich in der Metaphase in der Äquatorialebene angeordnet haben, folgt die Anaphase. In diesem Schritt werden die Schwesterchromatiden durch den Spindelapparat voneinander getrennt und zu entgegengesetzten Zellpolen gezogen. Somit beginnt in der Anaphase die eigentliche Chromosomenteilung. Aus einer ursprünglichen Mutterzellen mit doppeltem 2-Chromatid-Chromosomensatz entsteht auf diese Weise ein weiterhin doppelter Chromosomensatz. Dieser besteht nun jedoch nur noch aus zwei 1-Chromatid-Chromosomen. Auf die Anaphase folgt die Telophase.

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Was ist die Telophase?

Die Telophase beschreibt den letzten Schritt der Mitose, bei der die genetische Information kernhaltiger Zellen geteilt wird, um Zellvermehrung betreiben zu können. Die Telophase folgt der Anaphase. Hierbei wurden die Schwesterchromatiden ausgehend von der Äquatorialebene mit Hilfe des Spindelapparats zu den entgegensetzten Zellpolen gezogen. In der Telophase haben die Chromosomen jeweils ihren Zellpol erreicht und der Spindelapparat löst sich auf. Gleichzeitig bildet sich aus den Fragmenten der zerfallenen Kernmembran eine neue Kernhülle. Dieser Chromosomenteilung folgt nun in einem weiteren Schritt die Cytokinese. Hierbei schnürt sich ein Zellleib ab, sodass zwei unabhängige jedoch identische Tochterzellen entstehen.

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Dauer der Mitose

Die Mitose dauert im Mittel circa eine Stunde, sodass man von einer schnellen Zellteilung sprechen kann. Im Vergleich zur Interphase nimmt die Mitose relativ wenig Zeit in Anspruch. Zusätzlich kommt hinzu, dass die Interphase je nach Zelltyp mehrere Stunden bis mehrere Monate oder sogar Jahre andauern kann. Verantwortlich dafür sind besonders die G1 – und die G0- Phase in der Interphase. In der G1-Phase werden verschiedene Proteine und Zellorganellen hergestellt und in der G0-Phase geht die Zelle in eine Art Ruhemodus. Viele Zellen verbleiben Jahre bis Jahrzehnte in der G0-Phase.

Wie hoch ist die Mitoserate?

Mit der Mitoserate lässt sich die Teilungsgeschwindigkeit von Zellen beschreiben. Damit lassen sich Rückschlüsse auf die Vermehrungsgeschwindigkeit bestimmter Gewebe ziehen. Die Mitoserate wird mit Hilfe eines Mikroskops bestimmt. Dabei wird bei einer bestimmten Anzahl von Zellen, zum Beispiel bei 1.000 Stück festgestellt, wie viele sich davon in einem Mitosestadium befinden. Die Mitoserate wird prozentual angegeben und ist damit eine relative Angabe. Gewebe, das sich besonders oft erneuert hat folglich eine hohe Mitoserate. Dazu gehören unter anderem das Knochenmark, die Haut (Epidermis) und die Dünndarmschleimhaut. Das Knochenmark ist für die Blutbildung zuständig und bildet ununterbrochen neue Blutzellen. Die Haut und die Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts werden auch regelmäßig erneuert, sodass man auch hier eine hohe Mitoserate findet. Jedoch können hohe Mitoseraten auch ein Hinweis auf bösartige Tumore geben, die schnell wachsen. Diese entarteten Zellen entziehen sich den Kontrollpunkten in der Interphase und der Mitose und können ungehindert wachsen. Die gesteigerte Mitoserate kann zugleich als Therapieansatz genutzt werden, da schnellwachsende Tumore besonders empfindlich auf Mitosehemmer reagieren und mit einer höheren Genesungschance behandelt werden können.

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Was versteht man unter Mitosehemmern?

Unter Mitosehemmern versteht man Stoffe, die den Prozess der Mitose hemmen. Damit verhindern Mitosehemmer den Ablauf der Kernteilung und stoppen folglich die Zellvermehrung. Eingesetzt werden diese Giftstoffe als Zytostatika in der Tumorbehandlung. Besonders Lymphome und Leukämien sprechen auf diese Form der Chemotherapie gut an. Der Mechanismus der Mitosehemmer besteht aus der Bindung an das Tubulin, welches zum Aufbau des Spindelapparats benötigt wird. Das Tubulin ist das Protein aus dem die Mikrotubuli des Spindelapparats zusammengesetzt werden. Steht dieses Protein durch Bindung eines Mitosehemmstoffs nicht zur Verfügung, kann kein Spindelapparat aufgebaut werden und es kommt zu keiner Zellkernteilung. Jedoch können Mitosehemmstoffe, wie zum Beispiel Vinca-Alkaloide oder Taxane gefährliche Nebenwirkungen haben, die insbesondere das Nervensystem schädigen können.

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Was ist der Unterschied zwischen der Mitose und der Meiose?

Sowohl die Mitose als auch die Meiose sind für Kernteilungen zuständig, wobei sich beide Prozesse im Ablauf und im Ergebnis unterscheiden. Durch die Mitose entstehen aus einer Mutterzelle zwei identische Tochterzellen mit doppeltem (diploiden) Chromosomensatz. Dabei ist im Gegensatz zur Meiose nur eine Chromosomenteilung notwendig. Insgesamt hat die Mitose die Funktion, die gesamte genetische Information in Form der DNA auf zwei identische Zellen zu verteilen und ist damit unerlässlich für die Zellvermehrung. Dahingegen ist die Meiose wichtig für die Bildung der Keimzellen für die geschlechtliche Fortpflanzung. Da Keimzellen einen einfachen (haploiden) Chromosomensatz haben, erfordert die Meiose zwei Kernteilungen. In der ersten Reifeteilung wird aus einem doppelten ein einfacher Chromosomensatz gebildet. Die zweite Äquivalentteilung trennt nun die Schwesterchromatiden voneinander, sodass wir insgesamt vier Tochterzellen mit jeweils einem einfachen Chromosomensatz erhalten. Somit unterscheiden sich die Mitose und die Meiose in der Anzahl der Teilungen, in der Anzahl und Art der Tochterzellen und in ihrer Dauer. Die Mitose beansprucht circa eine Stunde, um vollständig abzulaufen. Die Meiose hingegen dauert sehr viel länger. Allein die Prophase der Meiose nimmt beim Mann circa 24 Stunden (Spermienbildung) und bei der Frau mehrere Jahre bis Jahrzehnte (Bildung und Reifung der Eizelle) in Anspruch.

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Was ist die Interphase?

Die Interphase ist neben der Mitose der zweite Teil des Zellzyklus. Sie liegt immer zwischen zwei Mitoseteilungen und hat verschiedene Aufgaben. Während der Interphase wird die in der Mitose halbierte DNA wieder verdoppelt. Zudem kommt es zu einem allgemeinen Zellwachstum der beiden Tochterzellen und sie werden auf die erneute Mitose vorbereitet. Genau wie die Mitose lässt sich auch die Interphase in mehrere Stadien einteilen. Unmittelbar nach der Mitose folgt die G1-Phase der Interphase. Der doppelte Chromosomensatz der Tochterzellen besteht jeweils nur aus einem Chromatid. In dieser Phase wachsen die Tochterzellen und es werden viele Proteine und Enzyme hergestellt. Die nächste Phase ist die sogenannte S-Phase (Synthese-Phase). Hier wird die DNA verdoppelt, sodass wir immer noch einen doppelten Chromosomensatz haben, der nun jedoch auch zwei Chromatiden besteht. In der letzten Phase der Interphase, der G2-Phase, wachsen beide Tochterzellen nochmals und werden auf die bevorstehende Mitose vorbereiten. Aus den beiden Tochterzellen sind nun neue Mutterzellen entstanden, die in der Mitose geteilt werden können. Die Interphase dauert im Mittel circa 18 Stunden und nimmt damit viel mehr Zeit in Anspruch als die Mitose (Dauer circa eine Stunde). Wichtig in der Interphase sind zwei Kontrollpunkte, die sich am Übergang von der G1-Phase zur S-Phase und von der G2-Phase zur Mitose befinden. Hier werden die Zelle und insbesondere die genetische Information auf mögliche Fehler überprüft. Wird ein Fehler gefunden, wird dieser zuerst beseitigt, bevor sich die Zelle teilt. Würde der Fehler nicht erkannt und beseitigt werden, würde sich dieser durch die Mitose immer weiter in viele Zellen fortpflanzen.

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Qualitätssicherung durch: Dr. Nicolas Gumpert      |     Letzte Änderung: 17.12.2018
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