Die Mitose (griechisch: mitos = Faden) ist die Form der Kernteilung (Karyokinese), bei der aus einer diploiden Mutterzelle zwei genetisch identische diploide Tochterzellen entstehen. Zusammen mit der anschließenden Zytokinese (Zellteilung) bildet die Mitose die Grundlage für das Wachstum, die Entwicklung und die Regeneration vielzelliger Organismen. Jede Tochterzelle erhält dabei einen vollständigen, identischen Chromosomensatz – der Ploidiegrad bleibt erhalten (2n → 2n). Die Mitose findet in allen somatischen Zellen (Körperzellen) statt, nicht jedoch in den Keimzellen, für deren Bildung die Meiose zuständig ist.
Schematische Darstellung der Mitose-Phasen. Von links nach rechts: Prophase (Chromosomenkondensation), Metaphase (Anordnung in der Äquatorialebene), Anaphase (Trennung der Chromatiden) und Telophase (Bildung neuer Kernmembranen).
Die Mitose ist eingebettet in den Zellzyklus, der aus der Interphase und der eigentlichen Mitosephase (M-Phase) besteht. Die Interphase nimmt den größten Teil des Zellzyklus ein und gliedert sich in drei Abschnitte:
Zellen, die sich nicht mehr teilen (z. B. Nervenzellen), verbleiben in einem Ruhezustand, der als G0-Phase bezeichnet wird.
Die Prophase ist die erste Phase der Mitose und leitet die Kernteilung ein. Folgende Vorgänge finden statt:
In einigen Lehrbüchern wird die Prometaphase als Übergangsphase zwischen Prophase und Metaphase beschrieben. Hier löst sich die Kernmembran vollständig auf, und die Kinetochore (Proteinstrukturen am Centromer der Chromosomen) werden von den Spindelfasern (Kinetochorfasern) erfasst. Die Chromosomen beginnen, sich in Richtung der Äquatorialebene zu bewegen.
In der Metaphase ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene (Metaphaseplatte) der Zelle an. Dabei sind die Centromere der Chromosomen exakt in der Mitte der Zelle aufgereiht. Jedes Kinetochor ist mit Spindelfasern von jeweils einem Zellpol verbunden. Am Metaphase-Kontrollpunkt (Spindelkontrollpunkt) wird überprüft, ob alle Chromosomen korrekt an den Spindelapparat angeheftet sind. Dieser Kontrollpunkt ist entscheidend, um eine fehlerhafte Verteilung der Chromosomen (Non-Disjunction) zu verhindern.
Die Anaphase beginnt mit der Trennung der Schwesterchromatiden am Centromer. Die Enzymkomplexe Separase spalten die Cohesin-Proteine, die die Chromatiden zusammenhalten. Die nun getrennten Chromatiden werden als Tochterchromosomen (Einchromatid-Chromosomen) bezeichnet. Sie werden durch die sich verkürzenden Kinetochorfasern zu den entgegengesetzten Zellpolen gezogen. Gleichzeitig verlängern sich die Polfasern, wodurch die Zelle gestreckt wird. Am Ende der Anaphase befindet sich an jedem Zellpol ein vollständiger, identischer Satz aus Einchromatid-Chromosomen.
In der Telophase laufen die Vorgänge der Prophase in umgekehrter Reihenfolge ab:
Am Ende der Telophase liegen zwei vollständige Zellkerne mit jeweils einem diploiden Chromosomensatz (2n) vor.
Die Zytokinese ist streng genommen kein Teil der Mitose (Kernteilung), sondern die anschließende Teilung des Zytoplasmas. Sie verläuft bei tierischen und pflanzlichen Zellen unterschiedlich:
Nach Abschluss der Zytokinese liegen zwei genetisch identische Tochterzellen vor, die jeweils über einen vollständigen diploiden Chromosomensatz verfügen.
Die Mitose erfüllt mehrere lebenswichtige Funktionen:
Die folgende Übersicht zeigt die Veränderung des Chromosomensatzes und DNA-Gehalts während des Zellzyklus beim Menschen (2n = 46):
Wichtig: Die Mitose ändert den Ploidiegrad nicht – aus einer diploiden Zelle (2n) entstehen zwei diploide Zellen (2n).
Abitur-Tipp: In Klausuren wird häufig ein Diagramm mit dem DNA-Gehalt während des Zellzyklus gezeigt. Präge dir den typischen Verlauf ein: In der G1-Phase liegt der DNA-Gehalt bei 2C, er verdoppelt sich in der S-Phase auf 4C, bleibt in G2 und der Mitose bei 4C und wird nach der Zellteilung wieder auf 2C halbiert. Typische Aufgaben verlangen das Beschriften der Phasen und die Zuordnung von Einchromatid- bzw. Zweichromatid-Chromosomen. Beachte auch: Mitose ≠ Zellteilung – die Mitose umfasst nur die Kernteilung, die Zytokinese ist ein separater Vorgang.