Die Mitose, auch als indirekte Zellteilung bezeichnet, ist ein essentieller biologischer Prozess, bei dem eine eukaryotische Zelle ihr genetisches Material, die Chromosomen, exakt auf zwei identische Tochterzellen verteilt. Dieser Vorgang ist von fundamentaler Bedeutung für das Wachstum von Organismen, die Reparatur von Geweben, den Ersatz alter oder beschädigter Zellen sowie für die ungeschlechtliche Fortpflanzung bei Einzellern und vielen Pflanzen. Das Ergebnis der Mitose sind zwei genetisch identische Tochterzellen, die jeweils einen vollständigen und identischen Satz von Chromosomen wie die Elternzelle besitzen. Der gesamte Zellzyklus, zu dem die Mitose gehört, umfasst die Interphase, in der die Zelle wächst und ihre DNA repliziert, und die M-Phase, die Mitose und Zytokinese beinhaltet.

Bevor die eigentliche Mitose beginnt, durchläuft die Zelle eine längere Phase, die als Interphase bekannt ist. Diese Phase ist entscheidend für die Vorbereitung der Zellteilung und wird in drei Unterphasen unterteilt: die G1-Phase (Gap 1), die S-Phase (Synthese) und die G2-Phase (Gap 2). In der G1-Phase wächst die Zelle, synthetisiert Proteine und Organellen und bereitet sich auf die DNA-Replikation vor. Die S-Phase ist der wichtigste Schritt der Interphase, da hier die gesamte DNA der Zelle verdoppelt wird, sodass jedes Chromosom aus zwei identischen Schwesterchromatiden besteht, die am Zentromer miteinander verbunden sind. Während der G2-Phase wächst die Zelle weiter, synthetisiert Proteine, die für die Mitose benötigt werden, und überprüft die replizierte DNA auf Fehler, bevor sie in die M-Phase eintritt.

Die Mitose selbst wird traditionell in mehrere aufeinanderfolgende Phasen unterteilt, beginnend mit der Prophase. In der Prophase kondensiert das zuvor lockere Chromatinmaterial im Zellkern zu sichtbaren, kompakten Chromosomen. Jedes Chromosom besteht nun aus den beiden identischen Schwesterchromatiden. Gleichzeitig beginnt sich der Spindelapparat zu bilden, eine Struktur aus Mikrotubuli, die für die Trennung der Chromosomen verantwortlich ist. Bei tierischen Zellen wandern die Zentrosomen, die die Mikrotubuli-Organisationszentren darstellen, zu entgegengesetzten Polen der Zelle. Die Kernhülle, die den Zellkern umgibt, beginnt sich am Ende der Prophase aufzulösen.

Nach der Prophase folgt die Metaphase, eine der markantesten Phasen der Mitose. Während der Prometaphase, die oft als Übergang zur Metaphase betrachtet wird, zerfällt die Kernhülle vollständig, und die Spindelfasern, die von den Polen der Zelle ausgehen, heften sich an spezifische Proteinstrukturen, die Kinetochore, die sich an den Zentromeren der Schwesterchromatiden befinden. In der Metaphase werden die Chromosomen dann aktiv durch die Spindelfasern zur Äquatorialebene der Zelle, der sogenannten Metaphaseplatte, ausgerichtet. Diese präzise Ausrichtung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass jede Tochterzelle einen vollständigen Satz von Chromosomen erhält. Die Chromosomen sind in dieser Phase am stärksten kondensiert und daher am besten unter dem Mikroskop sichtbar.

Die Anaphase ist eine kurze, aber dramatische Phase, in der die eigentliche Trennung der Schwesterchromatiden stattfindet. Das Signal für den Beginn der Anaphase ist die Spaltung der Kohäsinproteine, die die Schwesterchromatiden am Zentromer zusammenhalten. Sobald diese Bindung gelöst ist, werden die nun unabhängigen Chromosomen (jedes mit nur einer Chromatide) von den Spindelfasern zu den entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen. Die Mikrotubuli, die an den Kinetochoren befestigt sind, verkürzen sich, während andere Mikrotubuli, die sich überlappen, die Zelle auseinanderdrücken. Dieser koordinierte Zugmechanismus gewährleistet eine schnelle und effiziente Trennung der genetischen Informationen.

Die letzte Phase der Mitose ist die Telophase. Sobald die Chromosomen die entgegengesetzten Pole erreicht haben, beginnen sie sich zu dekondensieren und ihre kompakte Form aufzulösen. Um jeden Satz von Chromosomen bildet sich eine neue Kernhülle, wodurch zwei separate Zellkerne entstehen. Der Spindelapparat löst sich weitgehend auf. Fast zeitgleich mit der Telophase oder kurz danach beginnt die Zytokinese, die Teilung des Zytoplasmas. Bei tierischen Zellen bildet sich ein kontraktiler Ring aus Aktin- und Myosinfilamenten, der sich in der Mitte der Zelle zusammenzieht und eine Teilungsfurche bildet, die die Zelle schließlich in zwei separate Tochterzellen schnürt. Bei Pflanzenzellen bildet sich stattdessen eine Zellplatte in der Mitte, die sich von innen nach außen ausdehnt und schließlich zu einer neuen Zellwand zwischen den Tochterzellen wird.

Die Mitose ist ein hochregulierter Prozess. Checkpoints im Zellzyklus stellen sicher, dass alle Schritte korrekt ablaufen, bevor die Zelle in die nächste Phase übergeht. Beispielsweise wird in der G2-Phase geprüft, ob die DNA vollständig repliziert und unbeschädigt ist, und am Metaphase-Checkpoint wird kontrolliert, ob alle Chromosomen korrekt an den Spindelapparat angeheftet sind und an der Metaphaseplatte ausgerichtet sind. Fehler in der Mitose können zu einer ungleichen Verteilung der Chromosomen führen, was Aneuploidie (eine abnormale Chromosomenzahl) zur Folge haben kann, die oft mit Entwicklungsstörungen oder der Entstehung von Krebs in Verbindung gebracht wird. Die präzise Natur der Mitose ist daher entscheidend für die genetische Stabilität und die normale Entwicklung und Funktion mehrzelliger Organismen.