Kern- und Zellteilung

Prokaryoten vermehren sich durch Zweiteilung. Zunächst verdoppelt sich das ringförmige Nucleinsäuremolekül, danach teilt sich die Zelle.

Beim Menschen entsteht aus einer befruchteten Eizelle (Zygote) ein Individuum mit ca. 50 Billionen Zellen. Der fundamentale Prozess dieser Zellvermehrung beim Menschen ist – wie bei allen vielzelligen Eukaryoten – die Mitose. Bei jeder Mitose gehen aus einer Ausgangszelle (Mutterzelle) stets zwei erbgleiche Tochterzellen hervor.

Der Chromosomensatz einer jeden Tochterzelle entspricht dem der Mutterzelle. Das setzt voraus, dass während der Mitose Chromosomenhälften (Chromatiden) und nicht ganze Chromosomen auf die nachfolgenden Zellen übergehen. Mitosen dauern bei verschiedenen Lebewesen und Zelltypen unterschiedlich lange. Immer aber laufen sie in fünf Phasen ab: Pro-, Prometa-, Meta-, Ana- und Telophase.

Der Mitose folgt die Teilung des Cytoplasmas, die Cytokinese. Sie vollzieht sich bei tierischen Zellen als Furchung, bei pflanzlichen Zellen vom Inneren heraus durch Ausbildung einer Zellplatte. Letztlich sind aus einer Mutterzelle zwei Tochterzellen hervorgegangen. Deren Chromosomensatz entspricht demjenigen der Ausgangszelle. Bleibt die gebildete Zelle teilungsbereit, tritt sie in die Interphase ein, bevor sie sich erneut mitotisch teilt.

Dauer von Mitosestadien in Minuten
(Die Prometaphase ist als Übergangsphase nicht gesondert ausgewiesen. Sie ist zeitlich der Prophase zugeordnet.)

Den zyklisch verlaufenden Prozess vom Abschluss einer Mitose mit Tochterzellenbildung bis zum Ende einer folgenden Mitose bezeichnet man als Zellzyklus. Er ist für alle sich mitotisch teilenden Zellen typisch und gliedert sich in mehrere Phasen. In der G₁-Phase wächst die Zelle heran und entfaltet eine hohe Stoffwechselaktivität. Am Restriktionspunkt fällt die endgültige Entscheidung über das weitere Schicksal der Zelle. Hat sie diesen Punkt überschritten, tritt sie in die S-Phase ein und steuert unwiderruflich auf eine neue Mitose zu. Während der S-Phase verdoppelt sich die DNA (Replikation). Dabei entstehen die Chromatiden. Die G₂-Phase stellt den Übergang zur Mitose dar, die dann in den vier aufeinanderfolgenden Schritten abläuft.

Die mitotisch entstandenen Tochterzellen können erneut in einen Zellzyklus eintreten oder aber in die G₀-Phase übergehen. Damit erfolgt die Differenzierung zu Zellen des Dauergewebes.
In Ausnahmefällen können Zellen aus der G₀-Phase in den Zellzyklus zurückkehren.

Die Prophase ist die am längsten währende Mitosephase. Mit ihr strukturiert sich die Zelle um. Im Zellkern kondensiert das Chromatin und die Chromosomen werden sichtbar. Jedes Chromosom besteht aus zwei identisch gebauten Strängen (die DNA wurde ja zuvor identisch verdoppelt – Replikation), den Chromatiden. Sie werden nur noch am Centromer zusammengehalten. Im Cytoplasma beginnt sich der Spindelapparat herauszubilden. Schließlich verschwindet die Kernmembran und die Chromosomen liegen frei.

In der Prometaphase treten die Chromosomen deutlich hervor. Der Zellinhalt gerät in kräftige Bewegung.

Während der Metaphase teilt sich – wenn vorhanden – das Centriol. Die Centriolen wandern zu den Polen des Spindelapparats. Fehlen Centriolen, bilden sich Polkappen aus. Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an. Sie sind extrem spiralisiert. Das Centromer verliert seine Chromatiden verbindende Funktion. Der Chromosomenbestand kann in der Metaphase besonders gut untersucht werden.

In der Anaphase wandern die Chromatiden auf den Zugfasern des Spindelapparats zu den Polen. Dabei gelangt je ein Chromatid eines Chromosoms zum einen, das andere Chromatid zum anderen Pol. Die beiden künftigen Zellen sind so mit der gleichen Anzahl an Chromatiden und der gleichen genetischen Information ausgestattet. Die Anaphase ist die kürzeste Mitosephase.

Haben die Tochterchromosomen die Pole erreicht, tritt die Zelle in die Telophase ein. Die Teilungsspindel verschwindet. Die Chromosomenstruktur lockert sich. Um den Chromosomenkomplex bildet sich die Kernhülle aus. Gleichzeitig entsteht das Chromatingerüst. Anschließend schnürt sich die Zellmembran ein und teilt das Cytoplasma, sodass zwei identische Tochterzelllen entstehen.