Hast Du Dich mal gefragt, warum Schnitte und kleine Kratzer in Deiner Haut oft so verheilen, dass Du sie gar nicht mehr erkennen kannst? Oder warum Deine Haut im Sommer durch die Sonne dunkler, im Winter dann aber wieder heller wird? Das alles hat mit der Zellteilung zu tun. Doch was ist das eigentlich genau?
Bei der Zellteilung (oder Cytokinese) handelt es sich um einen biologischen Prozess, bei dem die Zellbestandteile auf zwei oder mehrere Tochterzellen aufgeteilt werden. Dies dient dem Wachstum sowie der Fortpflanzung des Lebewesens.
Die Cytokinese ist ein Prozess, der bei allen Lebewesen vorkommt. Jedoch gibt es beim Ablauf der Zellteilung einige Unterschiede zwischen den Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten (Tiere, Pflanzen, Menschen).
Zellteilung bei Eukaryoten
Bei Eukaryoten unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten der Zellteilung: die Mitose und die Meiose. Dabei ist das Ziel der Mitose, Zellen zu vervielfältigen (z. B. für das Wachstum oder die Erneuerung von kaputten Zellen). Das Ziel der Meiose dagegen ist es, Keimzellen (auch Geschlechtszellen) zu erzeugen. Diese sind für die sexuelle Fortpflanzung von großer Bedeutung.
Ein Beispiel für die eukaryotische Zellteilung ist in der Entwicklung des Menschen zu finden. Die befruchtete Zygote ist nur eine einzige Zelle, aus der erst ein Embryo und mit der Zeit ein erwachsener Mensch entsteht. Dies geschieht über die Prozesse der Zellteilung und Zelldifferenzierung.
Zellteilung Phasen – Mitose
Bei der Mitose wird der Zellkern und damit auch die DNA geteilt, woraus identische Tochterzellen entstehen. Die Mitose verläuft in vier Phasen:
- Prophase
- Metaphase
- Anaphase und
- Telophase.
Oft wird auch die Interphase hinzugezählt, obwohl diese streng genommen nicht zur Mitose selbst gehört, sondern im Vorfeld stattfindet und den Prozess einleitet.
Mehr zu den einzelnen Phasen erfährst Du im Artikel "Zellzyklus". Im Artikel “Mitose” findest Du weitere Informationen zur mitotischen Teilung.
Interphase
Die Interphase ist der Zeitraum zwischen zwei Zellteilungen und damit auch die längste Phase. Obwohl sie nicht zu der Mitose gehört, findet dort ein wichtiger Prozess für die Zellteilung statt: Die Chromatiden im Zellkern, und dadurch die Erbinformation, werden verdoppelt. So kann das Erbgut während der Mitose auf beide Tochterzellen verteilt werden, ohne dass Informationen verloren gehen.
Prophase
Während der Prophase ziehen sich die Chromosomen zu einer kompakten Form zusammen, damit sie einfacher transportiert werden können: Sie kondensieren zu Zwei-Chromatid-Chromosomen. Die Kernmembran wird aufgelöst und der Spindelapparat, der später die Chromosomen teilen wird, bildet sich aus.
Abbildung 1: Prophase der Mitose
Wann genau sich der Spindelapparat ausbildet, wird oft unterschiedlich beschrieben. Oft wird auch die Prometaphase mitgezählt. Die Prometaphase liegt zwischen Prophase und Metaphase. In ihr findet die tatsächliche Ausbildung des Spindelapparats statt. Zur Vereinfachung wird diese Phase jedoch oft ausgelassen und mit der Pro- oder der Metaphase verbunden.
Metaphase
Die Chromosomen wandern in die Mitte der Zelle und reihen sich entlang der Äquatorialebene auf. Du kannst Dir diese Ebene wie eine Linie entlang der Mitte der Zelle vorstellen, die die Zelle in zwei Hälften teilt. Nun fahren die Spindelfasern des Spindelapparats auf beiden Seiten der Zelle aus und verbinden sich mit dem Centromer, wo die beiden Chromatiden des Chromosoms zusammengehalten werden.
Abbildung 2: Metaphase der Mitose
Anaphase
In der Anaphase werden die Chromosomen geteilt: Die Spindelfasern ziehen sich zurück und nehmen dabei jeweils eine Hälfte des Chromosoms, also ein Chromatid, mit. Auf jeder Seite der Zelle befinden sich jetzt dadurch ein Chromosomensatz, der nur aus Ein-Chromatid-Chromosomen besteht.
Abbildung 3: Anaphase der Mitose
Telophase
Die Spindelfasern lösen sich auf und neue Kernhüllen um beide Chromatid-Sätze entstehen. Die gesamte Erbinformation ist nun in beiden neuen Zellkernen enthalten.
Abbildung 4: Telophase der Mitose
Cytokinese
Erst jetzt findet die eigentliche Zellteilung statt. Die Zellmembran wird in der Mitte der Zelle eingeschnürt und so beide Tochterzellen voneinander getrennt.
Die Zellorganellen teilen sich auf und vermehren sich wieder selbstständig. So tritt die Zelle wieder in die Interphase ein, bis eine neue Zellteilung eingeleitet wird.
Abbildung 6: Cytokinese am Ende der Mitose
Zellteilung Phasen – Meiose
Bei der Meiose kommt es zu der Entstehung von sogenannten Keim- oder Geschlechtszellen. Diese haben im Gegensatz zu allen anderen Zellen nur 23 Chromosomen anstatt 46. Das liegt daran, dass bei der sexuellen Fortpflanzung zwei Keimzellen miteinander verschmelzen. So liegt schließlich wieder ein Chromosomensatz mit 46 Chromosomen vor.
Die Anzahl der Chromosomen bezieht sich auf den Menschen – Die Anzahl der Gonosomen und Autosomen ist für jede Art spezifisch.
Die Meiose besteht aus zwei Phasen:
- Die Meiose I, auch Reduktionsteilung, welche wiederum in die Phasen Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I eingeteilt werden kann, sowie
- die Meiose II, auch Äquationsteilung, die ebenfalls die Phasen Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II beinhaltet.
Wenn Du mehr über die meiotische Teilung erfahren willst, dann schau doch mal im Artikel “Meiose” vorbei!
Meiose I – Reduktionsteilung
Die Reduktionsteilung bezeichnet die Aufspaltung der Mutterzelle in zwei Tochterzellen. Allerdings werden hier nicht die jeweiligen Chromatiden eines Chromosoms getrennt, sondern die Chromosomen lagern sich in homologen Paaren in der Äquatorialebene an. Diese Paare werden dann getrennt, sodass jede Tochterzelle 23 Zweichromatid-Chromosomen erhält.
- Interphase: Die Erbinformation wird verdoppelt. Aus einem Chromosom mit einem Chromatid wird ein Chromosom mit zwei Chromatiden.
- Prophase I: Die Erbinformation kondensiert zu den Zweichromatid-Chromosomen. Diese lagern sich in homologen Chromosomenpaaren (Tetraden) parallel aneinander. So wird ein Crossing-over möglich. Das bedeutet, dass die Chromosomenpaare untereinander Chromatid-Stückchen austauschen. Am Ende dieser Phase wird die Kernmembran aufgelöst und der Spindelapparat beginnt sich auszubilden.
- Metaphase I: Die Chromosomenpaare reihen sich an der Äquatorialebene auf. Der Spindelapparat verbindet sich mit den Chromosomen.
- Anaphase I: Die Spindelfasern ziehen Zwei-Chromatid-Chromosomen zu sich und trennen die homologen Chromosomenpaare. Dabei ist es Zufall, welche Chromosomen auf welche Seite gezogen werden. So entsteht genetische Variabilität.
- Telophase I: Der Spindelapparat bildet sich zurück. Um beide Chromosomensätze bilden sich neue Kernhüllen und die Zelle selbst teilt sich auf. Dieser Zustand bleibt jedoch nur für einen sehr kurzen Moment erhalten. Die entstandenen Tochterzellen haben nun unterschiedliche Erbinformationen.
Abbildung 6: Ablauf der Meiose
Meiose II – Äquationsteilung
Die Äquationsteilung läuft im Prinzip genauso ab, wie die übliche Mitose. Der einzige Unterschied ist, dass die Phasen jetzt zusätzlich mit einer römischen 2 betitelt werden (Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II). Am Ende entstehen also vier Keimzellen mit 23 Ein-Chromatid-Chromosomen. Je nach Geschlecht handelt es sich dabei um Spermien oder um Eizellen.
Anders als bei der Mitose, sind die entstandenen Tochterzellen, die Keimzellen, nicht genetisch identisch.
Zellteilung Pflanzenzellen
Auch Pflanzen gehören zu den Eukaryoten. Darum folgt die Zellteilung einer Pflanzenzelle im Allgemeinen der oben beschriebenen Zellteilung der Eukaryoten. Es gibt jedoch einen anatomischen Unterschied zwischen pflanzlichen und tierischen Zellen.
Pflanzenzellen werden neben der inneren Zellmembran ebenfalls von der äußeren Zellwand umhüllt. Dementsprechend wird diese zusätzlich zur neuen Zellmembran am Ende der Mitose neu gebildet und trennt so die beiden Zellkerne voneinander.
Ein weiterer Unterschied zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen sind die in den Pflanzenzellen enthaltenden Chloroplasten. Chloroplasten werden durch Zellteilung vermehrt. Eine Reproduktion der Chloroplasten ist notwendig, damit beide Tochterzellen genügend Chloroplasten und dadurch auch Chlorophyll enthalten.
Mehr darüber kannst Du im Artikel "Chloroplasten" erfahren!
Zellteilung bei Prokaryoten
Da Prokaryoten keinen Zellkern besitzen, verläuft die Zellteilung nicht wie bei den Eukaryoten über die Mitose. Prokaryoten vermehren sich beispielsweise über die Querteilung.
- Nach einer Teilung wächst die Zelle bis zu einer kritischen Größe. Wenn diese erreicht ist, wird die Teilung eingeleitet.
- Zunächst wird die DNA verdoppelt, damit das Erbgut an die neu entstehende Zelle weitergegeben werden kann.
- Nachdem die Zelle etwa auf das Doppelte angewachsen ist, schnürt sich die Membran in der Mitte zwischen der DNA und der neu synthetisierten DNA zu.
- Eine Zellwand wird gebildet und zwei genetisch identische Tochterzellen entstehen.
Abbildung 7: Querteilung von Prokaryoten
Quelle: lehrerfortbildung-bw.de
Durch diese einfache Zellteilung können insbesondere Bakterienpopulationen exponentiell anwachsen.
Zellteilung - Das Wichtigste
- Bei der Zellteilung (Cytokinese) handelt es sich um einen biologischen Prozess, bei dem die Zellbestandteile auf zwei oder mehrere Tochterzellen aufgeteilt werden. Dies dient dem Wachstum sowie der Fortpflanzung von Lebewesen.
- Bei Eukaryoten unterscheidet man zwei Arten der Zellteilung: die Mitose und die Meiose.
- Bei der Mitose wird der Zellkern geteilt und die DNA getrennt, um sie anschließend auf die entstandenen, identischen Tochterzellen zuzuordnen.
- Bei der Meiose werden Keim- oder Geschlechtszellen gebildet.
- Da Prokaryoten keinen Zellkern besitzen, findet keine Mitose statt. Sie vermehren sich über die Querteilung.
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