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von Philipp Auth
Lukas Schöppner, Daniel Voht 2017-01

 

Mitose (Karyokinese) - (ungeschlechtliche Fortpflanzung)

Die genetischen Informationen werden von der Zellgeneration auf die nächste Zellgeneration weitergegeben.
Die Mitose ist die Teilung des Zellkerns, bei der zwei Tochterkerne entstehen, welche die gleiche genetische Information besitzen. Sie findet nur bei Eukaryoten statt, da Prokaryoten keinen Zellkern besitzen.

Bei der Mitose werden diese beiden Schwester-Chromatiden dann geteilt, sodass jeder Tochterkern je eine identische Hälfte des Tochterchromosoms enthält. Damit kann an zwei Tochterzellen eine identische Kopie des chromosomalen Genoms der Mutterzelle entstehen.

Vor jeder Zellteilung erfolgt die Reduplikation der DNA durch die unterschiedlichen Mitosephasen, dieses Phänomen lässt sich bei allen Eukaryoten feststellen.

Die Mitose dient neben der DNA-Reduplikation auch der Aufrechterhaltung der gesamten genetischen Information in jeder Zelle. Man bezeichnet die Mitose also auch als Wachstumsteilung da 1 Mutterzelle (2n) zu 2 Tochterzellen (2n) redupliziert werden, welche das identische Erbgut enthalten. So lässt sich also sagen, dass die Mitose ein zentraler Bestandteil der Cytogenese ist, da sie ständig im Körper stattfindet, wie beispielsweise beim Verheilen von Knochenbrüchen, dem Bilden von Blutkörperchen oder bei Wachstumsvorgängen.

Das auslösende Moment für die Zellteilung ist das Überschreiten einer bestimmten Kern-Plasma-Reaktion, nach welcher der Zellzyklus von neuem beginnt. Die ständig ablaufende Mitose kann in 5 Phasen unterteilt werden:

 

Zellzyklus: 

Interphase:

Die Phase, welche sich zwischen zwei Mitosephasen abspielt nennt sich Interphase. Diese beginnt nach der Teilung der Mutterzelle. Zu diesem Zeitpunkt liegen die Chromosomen entspiralisiert vor und sind trotz Anfärbung nicht zu erkennen. Während dieser Phase wird der Stoffwechsel durch Genexpression reguliert. Der wichtigste Prozess der Interphase ist die Verdopplung der DNA (Replikation), welche in der Synthese-Phase stattfindet. Jedes Chromosom besteht dann aus zwei gleichen Schwesterchromatiden.

Man unterteilt die Interphase auch in 3 Phasen:

Die sogenannten G1-Phase spielt sich zeitlich zwischen der Kernteilung und der DNA-Synthesephase ab. In dieser postmitotischen Phase kann zum Beispiel das Erbgut abgelesen und bearbeitet werden, wie es zum Beispiel im Rahmen der Proteinbiosynthese notwendig ist. Eine mögliche Folge ist eine Zunahme des Zellplasmas (=1.Wachstumsphase). Außerdem werden die benötigten Ressourcen für die S-Phase synthetisiert (mRNA, Histone und Replikationsenzyme). Im Zellinneren aller eukaryotischer-Zellen trennen sich in dieser Phase die Zentriole voneinander. Ein Chromosom besteht in diesem Stadium nur aus einem Chromatid.

Die G0-Phase ist die Phase, in welcher Zellen verharren, die sich nicht weiter teilen werden (Nerven- und Muskelzellen). Jedoch können einige Zellen nach einer Verletzung wieder reaktiviert werden und zurück in die G1 Phase gelangen.

Die darauffolgende S-Phase (Synthese-Phase) findet die Verdopplung der Chromatiden zu Zweichromatidchromosomen statt (Autoradiographie). Das heißt, dass eine Verdopplung der DNA erfolgt. Die Replikation findet gleichzeitig an mehreren Ursprüngen statt und endet erst, wenn die gesamte DNA repliziert wurde. Nun liegen diploide Zweichromatidchormosome (2n) in der Zelle vor. Die davor gebildeten Histon Proteine verpacken nun die verdoppelte DNA.

Die prämitotische G2-Phase ist eine weitere, sich anschließende stoffwechselaktive Phase (=2. Wachstumsphase), welche durch Produktion von RNA-Molekülen und Proteine zur Zellteilung die Mitose-Phase vorbereitet.

 

Phasen der Mitose:

Prophase:

Die dünnen Chromosomen bestehen jeweils aus einem Chromatidenpaar, dass am Centromer zusammengehalten wird. Die Chromatiden falten sich. In dieser Form ist die DNA schlecht ablesbar und die Transkription von Genen ist unmöglich. In der Prophase lösen sich die Nukleoli (Kernkörperchen) auf und aufgrund der Chromosomenverdichtung kann keine Produktion von Ribosomenbestandteile mehr stattfinden. Die Kernmembran löst sich auf.

 

Prometaphase:

Der Abbau der Kernhülle bei der offenen Mitose beginnt in der Prometaphase, indem eine reversible (umkehrbare) Phosphatgruppe sich an der Lamine (Typ-V der Intermediärfilamente)  anhängt. Somit liegt die Kernhülle nicht mehr als Intermediärfilament (sind Strukturen der Proteine im Cytoplasma, welche die mechanische Stabilität erhöhen) vor. Die Zentrosome, die als entgegengesetzte Pole weiter auseinander geschoben sind, bilden nun die Ausgangspunkte für die Spindelfasern. Von beiden Polen aus dringt die aussprossende Spindel in das Nukleoplasma vor. Hierbei ist eine Überlappung vorhanden, durch die eine Verbindung zwischen den Polen entsteht. Man nennt sie polare Mikrotubuli. An den Centromeren der Chromosomen bilden sich dreischichtige Kinetochore (spezielle, plattenförmige und halbkugelförmige Struktur aus Proteine und DNA Abschnitten; welche bei Kernteilungsvorgängen als Ansatzstelle für die Fasern des Spindelapparats dient). Diese sind für den Transport eines Chromosomen verantwortlich.

 

Die Metaphase:

Die Chromosomen sind verkürzt. Durch Ziehen und Schieben des Spindelapparats werden die Chromosomen transportiert und somit mit ungefähr dem gleichem Abstand in die Äquatorialebene, die sich zwischen den Spindelpolen befindet, angeordnet. Die Schwesterchromatiden weisen zu den entgegengesetzten Spindelpolen. Dies beginnt jedoch erst, wenn all ihre Kinetochore im Mikrotubuli verbunden sind.

Die Anaphase:

Die Chromatiden werden durch die Verkürzung der Spindelfasern getrennt. Die Schwesterchromatiden werden zu Tochterchromosomen (Ein-Chromatid-Chromosom), anschließend werden sie zu den beiden entgegengesetzten Polen angezogen. Hierbei verkürzen sich die Kinetochorfasern. Die Dauer der Anaphase variiert zwischen 2 und 20 Minuten.

Die Telophase:

In der Telophase schnürt sich die Zelle schließlich ein und teilt sich. Die Tochterchromosomen erreichen die Spindelpole. Somit depolymerisieren (Zerfall eines Polymers in ein Monomers)die Kinetochorfasern. Die polaren Fasern verlängern sich so lange, bis die Pole ihren maximalen Abstand erreicht haben. Nachdem dies passiert ist, löst sich der Spindelapparat auf. Die Kernhülle der Tochterkerne entsteht durch die Fragmente  der alten Kernmembran. Die Nukleoli erscheinen als Körperchen im jeweiligen Nucleus.

Bedeutung der Mitose

Die Mitose dient zur Realisierung verschiedener Lebensfunktionen. Sie ist Voraussetzung für das Wachstum der Organismen. Die ungeschlechtliche Fortpflanzung bei Bakterien, Einzeller und auch bei anderen höheren Pflanzen basiert auf der Mitose.

 

Quelle Bild: Creative Commons Attribution 2.5 Generic, by Steffen Dietzel & Wikicommons; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg

 

2. Erklärung:

In der Interphase, die auch als Funktionsform bezeichnet wird, da sie die Phase zwischen zwei Mitosen ist, liegt die DNA als langer Chromatinfaden vor, die jeweils nur durch das Centromer zusammengehalten werden. Durch das in der Interphase eintretende Wachstum der Zelle kommt es schließlich zur Verdopplung der Chromatin-DNA zu Zweichromatidchromosomen.

Man unterteilt die Interphase auch in 3 Phasen:
In der sogenannten G1-Phase läuft die Proteinbiosynthese ab, aus welcher die Vermehrung des Zellplasmas resultiert (=1.Wachstumsphase). In der S-Phase (Synthese-Phase) findet die Verdopplung der Chromatiden zu Zweichromatidchromosomen statt (Autoradiographie). Die G2-Phase ist eine Weitere, sich anschließende stoffwechselaktive Phase (=2. Wachstumsphase). Die G0-Phase ist keine Synthesephase, lediglich eine Arbeitsphase, es findet keine Vorbereitung auf die Teilung statt

Die Chromatinfäden werden nun in der Prophase zu Chromosomen spiralisiert, was sie im LM unterscheidbar macht. Die Kernmembran löst sich auf, das Zentriol teilt sich und bildet den Spindelapparat aus.

 

In der Metaphase sind die Chromosomen bereits maximal verkürzt, sodass die Zentriolen zu den beiden Zellpolen wandern um dort Spindelfasern (=Mikrotubuli) auszubilden. Im weiteren Verlauf der Metaphase ordnen sich die Chromosomen an der Äquatorialebene an.

 

Während der Anaphase verkürzen sich die Spindelfasern und trennen so die beiden identischen Schwesterchromatiden am Centromer, nun werden die identischen Chromatiden jeweils zu den Zellpolen gezogen, sodass jede entstehende Zelle einen vollständigen Satz an Chromatiden enthält. Zum Ende der Anaphase wird der Spindelapparat schließlich abgebaut.

 

In der Telophase schnürt sich die Zelle schließlich ein und teilt sich, danach kommt es zu der Bildung einer neuen Zell-und Kernmembran. Im Folgenden entspiralisieren sich die Einchromatidchromosomen und liegen somit wieder in der sogenannten Arbeitsform vor. 

 

Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schemazeichnung_Mitose.svg, Wikicommonsuser Jpablo cad und Matt; Creative Commons-Lizenz 3.0 Unported

 

In der Regel schließen sich nun weitere, gleich ablaufende, Mitosephasen an.

 

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