Mitose

Mitose findet ständig im menschlichen Körper statt. Zellen sterben, dafür werden neue nachgebildet. Mitose ist ein Teil dieser Zellerneuerung. Sie wird als M-Phase bezeichnet, in der sich der Zellkern teilt, nachdem sich in der S-Phase die DNS verdoppelt hat. Überdies wird die DNS während dem Vorgang der Mitose aufgeteilt, sodass jeder der beiden Zellkerne nach der Teilung über 100% der Erbinformation verfügt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Erbinformation als Ganzes erhalten bleibt. Dieser Vorgang ist ein wesentlicher Teil unseres körperlichen Daseins, der uns gesund und am leben erhält.


Was ist die Mitose?

Abzugrenzen ist die Mitose von der Meiose, bei der das Ziel nicht die gleichmäßige Verteilung des Erbgutes bei gleichbleibendem Chromosomensatz ist, sondern die gleichmäßige Aufteilung des Erbgutes bei gleichzeitiger Reduktion des Chromosomensatzes um die Hälfte. Bei der Meiose entstehen keine zwei homogenen Zellen, sondern welche mit unterschiedlichem Erbgut.
Der Prozess der Kernteilung ist ein Ablauf, der prokaryotischen Lebewesen vorbehalten ist. Das bedeutet, dass ihn nur mehrzellige Organismen, die einen echten Zellkern aufzuweisen haben, wie Tiere, Menschen oder Pflanzen aufweisen. Bei diesen enthält jede Zelle einen Kern. Er ist eine lebende Zellorganelle im Zellplasma von tierischen und pflanzlichen Zellen. Der Kern ist als das Steuerzentrum ausgesprochen wichtig für die Zellteilung. Jeder Kern enthält die vollständige Erbinformation über das Lebewesen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird die kontinuierlich verlaufende Mitose in einige Phasen unterteilt. In der deutschen Literatur werden die

  • Interphase,
  • Prophase,
  • Metaphase,
  • Anaphase und
  • die Telophase

unterschieden. Im Unterschied dazu wird vor allem in der englischsprachigen Literatur zusätzlich die Prometaphase differenziert, in der die Kernhülle zerfällt. Hier wird allerdings die deutsche Variante erklärt.
Im Normalzustand der Zelle, auch Interphase, also Zwischenphase genannt, ist die Erbinformation noch als diffuses Fadenknäuel bezeichnet. Sie hat sich noch nicht in Chromosomen zusammengewickelt. Dieses Kerngerüst ist lang und dünn und die einzelnen Chromosomen sind nicht unterscheidbar. Die Interphase bezeichnet den Normalzustand des Zellkerns zwischen zwei Zellteilungen, woher sich der Name dieser Phase ableitet. In dieser Phase erfolgt die Verdoppelung der Desoxyribonukleinsäure (DNS), während der Kern alle Zellvorgänge, wie zum Beispiel den Stoffwechsel, steuert.


Prophase

In dieser Phase werden die verschiedenen Bestandteile der Zelle immer kleiner, bis sie schließlich zerfallen. Sie werden später in der „neuen“ Zelle wieder frisch aufgebaut werden. Anschließend beginnt die DNS sich zu Chromosomen verdichten. Zuerst bildet sich ein Käuel, das sogenannte Spirem. Die langen, dünnen DNS-Fäden wickeln sich über dafür bestimmte Eiweißmoleküle, die Histone genannt werden. Dadurch verkürzen und verdicken sich die Fäden.
Jetzt erst werden die einzelnen x-förmigen Chromosomen lichtmikroskopisch sichtbar und ebenso zählbar. Nun befindet sich die DNS in ihrer Transportform, in welcher sie nicht abgelesen, geschweige denn verdoppelt werden kann. Man kann durch das Mikroskop erkennen, dass jedes Chromosom in zwei identische Längshälften gespalten ist, da die DNS vorher verdoppelt worden ist. Jedes Chromosom ist durch eine Einschnürung, das Centromer, in zwei meist ungleich lange Schenkel unterteilt. Es besteht aus Histonen, um die die DNS geschlungen ist.
In jeder Körperzelle sind verschieden geformte Chromosomen in bestimmter Anzahl vorhanden. Der Mensch verfügt über 46 Chromosomen in jeder Zelle seines Körpers. In den diploiden Zellen (alle Körperzellen außer Eizellen und Spermien) stimmen immer zwei Chromosomen in Form und Größe überein und bilden ein Paar, das heißt, sie sind homolog. Beim Menschen ergibt dies also 23 Chromosomenpaare, wobei immer ein Chromosom des Paares aus der Eizelle der Mutter und das zweite aus dem Spermium des Vaters stammt.
Die verdoppelten Zentralkörperchen werden an gegenüberliegende Seiten des Zellkerns auseinandergedrückt. Aus ihnen werden sich außerhalb des Zellkerns in der nächsten Phase die Kernspindelfasern bilden. Die Kernmembran, sowie die kleinen Zellkörperchen zerfallen.

Metaphase

Die zerfallene Kernhülle ist kaum differenzierbar von Teilen des endoplasmatischen Retikulums, während in dieser Phase die Zentrosomen von zwei gegenüber liegenden Seiten des Zellkerns beginnen die Spindelfasern zu bilden. Diese Mikrotubuli stoßen in das Zellplasma vor und bilden dort, wo sie einander überlappen, Verbindungen zwischen den beiden Polen. Die Chromosomen beginnen nun sich aktiv zu bewegen, indem sie sich in die Äquatorialebene begeben und in beliebiger Reihenfolge nebeneinander auflegen. Dabei zeigt immer eine Längshälfte zum Nord- und die zweite zum Südpol der Zelle.
Die sternförmige Figur, die dabei entsteht, wird Monaster genannt. Von den Polen aus bildet sich die Kernspindel. Die Kernspindelfasern setzen jeweils am Centromer einer Chromatide an. Eine Spindelfaser vom Nordpol setzt also an der einen Chromosomenlängshälfte an, während eine Spindelfaser vom Südpol ausgehend an der anderen Längshälfte ansetzt. Erst wenn von beiden Seiten Mikrotubuli an das Chromosom angesetzt haben, kann dieses auseinander gezogen werden.
In dieser Phase ist es ein Leichtes die verschiedenen Chromosomen in Form und Größe voneinander zu unterscheiden. Dadurch kann in der Metaphase ein Karyogramm angefertigt werden, eine Darstellung bei der die Chromosomen fotografiert und nach Größe sortiert werden.

Anaphase

Die Kernspindel verkürzt sich und zieht die Chromosomenlängshälften auseinander an die gegenüberliegenden Pole. Das heißt, dass eine Längshälfte eines Chromosoms zum Nordpol und die andere zum Südpol gezogen werden. Somit entstehen aus den beiden Schwesterchromatiden, die am Centromer zusammenhingen, zwei Tochterchromatiden, die nicht mehr verdoppelte DNS aufweisen und die Grundlage für zwei Tochterzellen bilden. Die beiden Pole entfernen sich nun noch weiter von einander. Die Struktur, die dadurch entsteht, heißt Diaster. Das Auseinanderrücken der beiden Zentrosomen begünstigt eine später ablaufende Zellteilung bereits in diesem Stadium. Nun sind die Chromosomen nicht mehr in zwei Längshälften gespalten. Dies ist sowohl durch die Verkürzung der Kerspindel, als auch durch das Auseinanderrücken der beiden Pole geschehen. Gegen Ende der Anaphase erfolgt die Auflösung der Kernspindel. Die Chromosomen entfernen sich nun nicht mehr weiter voneinander. Der Vorgang der Anaphase dauert nur in etwa drei Minuten.

Telophase

Am Anfang dieser Phase sind die Chromatiden bei den beiden Polen angekommen. Die Kernspindel löste sich bereits beim Übergang zur Telophase auf. Die Zellkomponenten werden auf die beiden Tochterzellen verteilt. Kernhaut und Kernkörperchen bilden sich nun wieder um den Chromatidensatz und werden erneut feststellbar. Die Membran des Zellkerns baut sich großteils aus alten Stücken der Doppelmembran des ursprünglichen Kerns auf.
Der kontraktile Ring wird aus Actin und Myosin aufgebaut und bringt die Teilungsfurche hervor. Zellhaut und Plasma schnüren sich in der Mitte, an der Teilungsfurche, durch. Es entstehen zwei kleinere Zellen mit dem gleichen Chromosomensatz wie die Ausgangszelle. Anschließend erfolgt der Übergang zur Interphase. Das heißt, dass die Chromosomen wieder länger und dünner werden. Sie entspiralisieren sich. Nun ist die DNS-Sequenz wieder ablesbar.
Danach wächst die Zelle auf Normalgröße an. Die Organellen werden vermehrt und die DNS verdoppelt, bis schließlich die nächste Mitose folgt. Aus diesem Grund ist die Inerphase auch als Arbeitsphase bekannt.


Funktion & Aufgabe

  • Zellvermehrung
  • Wachstum
  • Zellgeneration
  • Wundheilung
  • Zellerneuerung
  • Ersatz abgestorbener Zellen

Mitose ist ein Prozess, der der Zellvermehrung ohne Änderung des Chromosomensatzes und der Erbinformation dient. Sie ist nötig für das Wachstum und die Zellregeneration, was die Wundheilung und den Ersatz abgestorbener Zellen einschließt.
Denn ein 70 kg schwerer Mensch besitzt rund 30.000.000.000.000, also 30 Billionen Zellen. Pro Tag verliert man zirka 100.000.000.000, also 100 Milliarden Zellen. Die wiegen ungefähr zehn dag. Dafür produziert das Knochenmark pro Minute um die 120 Millionen rote Blutkörperchen.
Zellteilung findet ab der Befruchtung der Eizelle bis zum Tod eines Menschen immer wieder statt und dauert jeweils bis zu mehreren Stunden. Dabei werden aus einer Zelle zwei Tochterzellen mit dem selben Chromosomensatz wie die Ausgangszelle. Das bedeutet, dass das Ziel die gleichmäßige Verteilung der vorher verdoppelten Chromosomen auf die beiden Tochterzellen ist.
Im menschlichen Körper findet Mitose allerdings nicht überall mit der selben Häufigkeit statt. Beziehungsweise findet sie generell nicht überall statt. Man nehme zum Beispiel Muskel- oder Nervenzellen, die sich nach ihrer Differenzierung im Mutterleib gar nicht mehr vermehren. Hier verdoppelt sich die DNS einfach nicht mehr. Somit bleiben sie bis zu ihrem Tod in der Interphase. Im Zuge der Embryonalentwicklung werden die Zellen differenziert und spezialisieren sich so sehr, dass sie nach der Entwicklung im Mutterleib so stark voneinander unterscheiden, dass manche ganz oft ihren Kern teilen, während andere überhaupt nicht mehr fähig dazu sind.
Reife rote Blutkörperchen sind ein anderes Beispiel, da sie nicht einmal mehr einen Zellkern besitzen und sich somit überhaupt nicht teilen können. Im Gegensatz dazu erneuern sich Epithelzellen im Darm und die Zellen der oberen Hautschicht überdurchschnittlich oft. Dies liegt daran, dass sie die Grenzzellen nach innen bzw. außen sind und damit die Oberfläche bilden.
Auf nicht jede Mitose, also in diesem Sinne Kernteilung, folgt auch eine Zellteilung (Zytokinese). Mehrkernige Zellen können entweder durch Fusion oder eben durch aufeinander folgende Mitosen ohne anschließender Zytokinese entstehen. Dieses Phänomen tritt beispielsweise bei Muskelfasern oder Osteoplasten


Krankheiten & Beschwerden

Krebserkrankungen

Da Mitose ein so komplexer Prozess ist, bei dem sich die Struktur der DNS ändert, kann es zu schwerwiegenden Folgen kommen, wenn ein Fehler auftritt, der die Änderung der DNS-Sequenz mit sich führt. Im harmlosesten Fall ist die Zelle trotz einer Sequenzänderung noch voll funktionsfähig und man bemerkt den Fehler erst gar nicht.
Natürlich kann es auch passieren, dass die Zelle nicht mehr zu ihrer ursprünglichen Bestimmung fähig ist, aber immer noch in sich funktionstüchtig ist. Ein Zellhaufen und später ein Gewächs aus solchen Zellen, wird als gutartiger Tumor bezeichnet, der erst ein Problem darstellt, wenn er Organe einengt, weil er zu groß wird.
Allerdings kann es auch vorkommen, dass mutierte Zellen unkontrolliert außerhalb des normalen Zellzyklus zu wachsen beginnen und sich dementsprechend übermäßig vermehren. Oft beginnen solche Gebilde invasiv in Körperorgane zu wachsen und diese zu beschädigen oder Giftige Substanzen auszustoßen. Das ist es, was man einen bösartigen Tumor nennt.

Malaria & Sichelzellenanämie

Durch eine harmlose Änderung der DNS-Sequenz (Mutation) ist in Malaria Gebieten die sogenannte Sichelzellenanämie entstanden. Menschen, die von dieser Mutation betroffen sind, gelten als resistent gegen Malaria. Ihre roten Blutkörperchen haben eine sichelförmige Struktur angenommen. In Gebieten, wo Malaria keine Gefahr darstellt, ist diese Mutation allerdings nicht von Vorteil, da auf diese Weise veränderte rote Blutkörperchen weniger Sauerstoff transportieren können, als herkömmliche rote Blutkörperchen.
Malariaerreger gehören zu eine Gruppe, die Apikomplexa heißt. Diese Erreger pflanzen sich in einer Wirtzelle durch mehrmalige Mitose fort, auf die anfangs keine Zellteilung folgt. So hat ein Schizont vor der Zytokinese häufig 16, manchmal auch nur acht Kerne.

Mitose Anomalien:

  • Endomitose
  • Multipolare Mitose
  • Non-Congression
  • (Pseudo-)Amitose
  • Stathmokinese

Fragen & Antworten zu Mitose

Wie lange dauert eine Mitose?
Eine Mitose, oder Kernteilung dauert in der Regel eine bis mehrere Stunden. Die Prophase, in der sich das DNS-Chromatin zu Chromosomen verdichtet, dauert dabei am längsten und braucht etwa eine halbe Stunde. Am kürzesten zeigt sich die Anaphase mit drei Minuten Länge.

Wie oft findet Mitose in meinem Körper statt?
Dies ist unterschiedlich aufgrund der Differenzierung der Zellen. Es gibt Zellen, die sich gar nicht mehr teilen, ja sogar welche, die nicht mehr einmal über einen Zellkern verfügen, den sie teilen könnten. Andere Zellen, vor allem solche, die sich an der inneren oder äußeren Oberfläche befinden, teilen sich dafür überdurchschnittlich oft.

Was geschieht, wenn bei der Mitose Fehler auftreten?
Da sich bei der Mitose vieles um die DNS dreht, kann es passieren, dass bei der Verdoppelung, der Entstehung von Chromosomen und deren Entspiralisierung Fehler auftreten, die eine Mutation zur Folge haben. Dies kann harmlos sein, eine Begünstigung für das betroffene Lebewesen darstellen oder, was häufiger der Fall ist, eine Verschlechterung des Zustands bewirken. Das bedeutet, dass Zellen nicht mehr ihrer ursprünglichen Aufgabe nachkommen können, oder sie anfangen dem Organismus zu schaden. Oft äußert sich eine Mutation in einer Krebserkrankung, kann aber auch eine Änderung der Fellfarbe in der nächsten Generation von Tieren bewirken, was keinerlei furchtbare Auswirkung auf den Organismus hätte.


Unser Fazit zu Mitose

Mitose ist lebensnotwendig für jeden mehrzelligen Organismus. Allerdings ist sie auch ein risikoreicher Vorgang, der nicht gestört werden sollte. Dazu ist dieser Prozess sehr komplex und bedarf vieler kleiner Vorgänge, die gut zusammenspielen müssen. Mitose ist die Grundlage für Wachstum, sowie für Zellerneuerung im Körper.

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