Mitose: Ablauf und Bedeutung

Die Mitose ist ein Prozess der Zellteilung, der die Grundlage für das Wachstum, die Entwicklung und die Reproduktion von Zellen bildet. Die Mitose ist ein zentraler Mechanismus für die Erhaltung der Zellzahl und der genetischen Stabilität in einem Organismus. Ihre Präzision und Kontrolle sind entscheidend für die Entwicklung und Funktion von Geweben und Organen in mehrzelligen Organismen. In diesem Artikel geht es um den Ablauf und die Bedeutung der Mitose für das Leben.

Mitose – Definition

Die Mitose ist ein Prozess der Zellteilung, bei dem eine Mutterzelle sich in zwei genetisch identische Tochterzellen aufteilt. Dieser Vorgang besteht aus verschiedenen Phasen, darunter die Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase, sowie der Zytokinese, bei der das Zytoplasma aufgeteilt wird. Die Mitose ist wichtig für das Wachstum, die Reparatur von Gewebe und die Entwicklung von Organismen.

Mitose – Grundlagen

Es ist wichtig die Grundlagen der genetischen Anlage des menschen und des Zellzyklus-Ablaufs zu verstehen, um auch die Bedeutung der Zellteilung zu begreifen. Die regelrechte Aufteilung von Erbgut ist essenziell für eine gelungene Regeneration von Gewebe. Genauso wichtig ist die Regulation dieser Prozesse, um Fehler zu minimieren und ungewolltes Gewebewachstum zu vermeiden.

Chromosomen und DNA

Menschliche Zellen besitzen in der Regel 46 Chromosomen, von denen 2 die geschlechtsspezifischen Gonosomen sind. Zwei X-Chromosomen führen zum weiblichen Phänotyp, ein X- und ein Y-Chromosom zum männlichen. im Laufe der Zellteilung variiert diese Zahl der Chromosomen immer wieder ein wenig. Deswegen wird der Chromosomensatz mit n bezeichnet und liegt mit 1n bei 23 und bei 2n bei 46. Ob der einfache DNA-Gehalt oder der doppelte wird mit entweder 1C oder 2C angegeben.

Der Zellzyklus

Zellen befinden sich immer in unterschiedlichen Phasen eines Zyklus. Wenn sie nicht in der Mitose (M-Phase) sind, befinden sie sich in einer Interphase des Zellzyklus. Nach der Mitose geht die Zelle in die G1-Phase, in der sie wächst, Proteine synthetisiert und das genetische Material auf Fehler überprüft. Jetzt kann sie sich entscheiden: Geht sie in den Zyklusarrest, in die Ruhephase (G0-Phase) oder beginnt die Zelle mit der S-Phase und verdoppelt die DNA. Nach dieser Verdopplung steht die G2-Phase an, die auch Wachstum und Erbgutkontrolle zu verantworten hat. Hiernach kann die Zelle endlich in ihrer M-Phase den Teilungsprozess einleiten.

Regulation des Zellzyklus

Die gesamte Regulation ist extrem komplex und deren volles Verständnis ist wichtig bei der Therapie von Krebserkrankungen, deren Ursprung häufig auch in der Zellzyklusregulation zu finden ist.

Die eigentliche Regulation läuft über zwei hauptsächliche Kontrollpunkte ab. Sind diese zwei Punkte im Zellzyklus überwunden, gibt es für die Zelle keinen Weg zurück und sie muss die nächste Phase durchlaufen. Der erste Kontrollpunkt erfolgt beim Übergang von der G1-Phase in die S-Phase und wird deshalb auch G1-Kontrollpunkt genannt. Ein bekannter und sehr wichtiger Prozess an dieser Kontrollstelle wird durch das Protein p53 geleitet, das auch oftmals als “Wächter des Genoms” bezeichnet wird. Dieses Protein sorgt bei nicht-korrigierbaren Fehlern im Genom dafür, dass die Zelle den eigenen Tod, die Apoptose, einleitet.

Der zweite wichtige Kontrollpunkt ist der am Übergang von der G2-Phase in die Mitose, da hier auf Schäden bei der Verdopplung der DNA geprüft werden muss.

Mitose – Ablauf

Die Mitose läuft in fünf groben Schritten und der Zytokinese, dem eigentlichen Teilungsvorgang, ab. Diese Phasen sind die Pro-, Prometa-, Meta-, Ana- und Telophase, welche die Verteilung der Chromosomen, also des Erbguts auf die zwei Tochterzellen regulieren.

Prophase

In dieser Phase kondensieren die Chromsomen und werden sehr dicht gepackt. Außerdem bildet sich eine Mitosespindel aus, die aus Mikrotubuli besteht und die Hülle des Zellkerns beginnt sich aufzulösen. Eine wichtige Tatsache muss beachtet werden: Da in der Synthese-Phase (S-Phase) des Zellzyklus die DNA verdoppelt wurde liegen hier quasi Chromosomen vor, deren Kopien am Zentrosom (etwa der Mitte des Chromosoms) aneinander geheftet sind.

Prometaphase

Nun ist die Kernhülle komplett verschwunden und die Mikrotubuli der Mitosespindel heften sich an die Chromosomen. Genauer gesagt heften sie sich an das Kinetochor, Strukturen in der Mitte eines Chromosoms.

Metaphase

Die Chromosomen ordnen sich in einer Ebene (Äquatorialebene) an, die sich in der Mitte der Mitosespindel befindet. Dieser Vorgang wird auch durch die Spindel-Mikrotubuli gelenkt.

Anaphase

Jetzt werden die Chromosomen in ihre Schwesterchromatiden getrennt, das heißt eine Kopie des “Doppelchromosoms” wird auf den einen Pol gezogen, die andere auf den anderen Pol, dass jede Seite, also jede neue Zelle, eine Kopie bekommt. Sie ist die kürzeste Phase und dauert nur wenige Minuten.

Telophase

Die Mitosespindel zerfällt und die Chromosomen lockern sich wieder, damit die DNA ablesbar dekondensiert vorliegen kann. Es bildet sich auch eine neue Kernhülle um die DNA, und zwar in beiden Zellpolen, die sich durch die vorherigen Vorgänge gebildet haben und die Zelle beginnt sich zwischen ihnen zu trennen.

Zytokinese

In dieser Phase wird die Zelle komplett durchtrennt, was mit einem kontraktilen Ring aus Myosin II und Aktinfilamenten geschieht. Auch die Zellorganellen, wie das Endoplasmatische Retikulum oder der Golgi-Apparat, wurden während diesem Vorgang auf beide Tochterzellen aufgeteilt.

Mitose – Bedeutung

Abgrenzung zur Meiose

Die Meiose ist ein spezialisierter Zellteilungsprozess, der zur Bildung von Keimzellen (Spermien und Eizellen) führt. Im Gegensatz zur Mitose, die zu genetisch identischen Tochterzellen führt, erzeugt die Meiose vier genetisch unterschiedliche Zellen mit jeweils der Hälfte der Chromosomenzahl der Mutterzelle. Grund dafür ist, dass sich die Chromosomen von Spermium und Eizelle bei der Befruchtung vereinigen.

Zelldifferenzierung

Differenzierung bezeichnet die Umwandlung oder Entwicklung eines Zelltyps in einen anderen. Diese Fähigkeit besitzen nicht alle Zellen, aber insbesondere Stammzellen sind dazu befähigt. Zellen, die sich differenzieren, brechen aus dem Zellzyklus aus und gehen in die schon erwähnten G0-Phase und reifen hier zu spezialisierteren Zellen heran. Danach teilt sie sich asymmetrisch, das heißt eine Tochterzelle behält die Eigenschaften der Mutterzelle, die ja Vorläuferzelle mit Stammzelleigenschaften war. Die andere Zelle ist die Differentierte mit neuen Eigenschaften.