Name: cell division: mitosis and cytokinesis
Uploaded: 2023-06-23T15:38:45.000Z
Duration: 1 min 35 s
Channel: JoVE

Mitose ist eine Form der Zellteilung, bei der das genetische Material einer Zelle zwischen zwei Tochterzellen aufgeteilt wird. 
Zunächst kondensiert Nukleinchromatin während der Prophase zu x-förmigen Chromosomen, die aus Schwesterchromatidenpaaren bestehen, die an Zentromerübergängen gebunden sind.
Gleichzeitig wandern die Zentrosomen zu gegenüberliegenden Zellseiten. Dabei beginnen Mikrotubuli-Stäbchen aus jedem zu wachsen, die einen netzartigen Spindelapparat bilden.
Als nächstes löst sich die Kernhülle während der Prometaphase auf und die Proteinstrukturen, die als Kinetochore bezeichnet werden, erscheinen auf beiden Seiten der Zentromere, eine für jedes Chromatin.
Sobald sich diese Kinetochore gebildet haben, befestigen sich ausdehnende innere Mikrotubuli an ihnen, wobei jedes Schwesterchromatid an einen anderen Zellpol gebunden ist.
In der Metaphase ordnet der Spindelapparat die Chromosomen so um, dass sie in einer festen Reihe entlang des Äquators der Zelle ausgerichtet sind.
Mit der Anaphase verkürzen sich die an Kinetochoren fixierten Mikrotubuli und die Schwesterchromatiden werden auseinandergezogen. Diese und andere Mikrotubuli-Dynamiken verlängern die Zelle zusätzlich.
Während der Telophase löst sich der Spindelapparat auf, die Chromatiden lösen sich und die Kernhüllen werden neu gebildet.
Schließlich wird die Zelle durch Zytokinese zytoplasmatisch geteilt, wodurch ein Zellpaar entsteht, das genetisch mit seinem Vorläufer identisch ist.

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	<li>Guertin, David A., Susanne Trautmann und Dannel McCollum. "Zytokinese in Eukaryoten." Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66, Nr. 2 (1. Juni 2002): 155–78.</li>
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mitose und zytokinese

Mitosis And Cytokinesis

Bei Eukaryoten ist der Zellteilungszyklus in verschiedene, koordinierte zelluläre Prozesse unterteilt, zu denen Zellwachstum, DNA-Replikation/Chromosomenverdopplung, Chromosomenverteilung auf Tochterzellen und schließlich Zellteilung gehören. Der Zellzyklus wird durch seine Regulierungssysteme sowie extrazelluläre Signale, die die Zellproliferation beeinflussen, streng reguliert.

Die Prozesse des Zellzyklus laufen über etwa 24 Stunden (in typischen menschlichen Zellen) und in zwei unterscheidbaren Hauptstadien ab. Die erste Stufe ist die DNA-Replikation während der S-Phase der Interphase. Die zweite Stufe ist die mitotische (M) Phase, die die Trennung der duplizierten Chromosomen in zwei neue Kerne (Mitose) und die zytoplasmatische Teilung (Zytokinese) umfasst. Die beiden Phasen sind durch Intervalle (G1- und G2-Lücke) getrennt, in denen sich die Zelle auf die Replikation und Teilung vorbereitet.

Der Prozess der Mitose

Die Mitose kann in fünf verschiedene Stadien unterteilt werden: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Die Zytokinese, die während der Anaphase oder Telophase (je nach Zelle) beginnt, ist Teil der M-Phase, aber nicht Teil der Mitose.

Prophase

Wenn die Zelle in die Mitose eintritt, beginnen ihre replizierten Chromosomen zu kondensieren und werden mithilfe von Proteinen, die als Kondensine bekannt sind, als fadenförmige Strukturen sichtbar. Der mitotische Spindelapparat beginnt sich zwischen den Zentrosomen zu bilden – die während der S-Phase dupliziert wurden – und zu entgegengesetzten Polen der Zelle zu wandern. Die Spindel besteht aus filamentösen Strukturen, sogenannten Mikrotubuli, die aus Tubulin-Proteinmonomeren bestehen. Spindelmikrotubuli beginnen sich in Richtung der kondensierten Chromosomen auszudehnen. Der Nukleolus, ein Bestandteil des Zellkerns, der Ribosomen produziert, verschwindet, was auf den bevorstehenden Zusammenbruch des Zellkerns hinweist.

Prometaphase

Während der Prometaphase wachsen die Mikrotubulifilamente des Spindelapparats weiter und die Chromosomen verdichten sich. Die Kernhülle zerfällt vollständig und die Chromosomen werden freigesetzt. Einige der Mikrotubuli heften sich an die freigesetzten Chromosomen und binden an eine Proteinstruktur namens Kinetochor, die auf dem Zentromer jedes Paares von Schwesterchromatiden vorhanden ist. Spindelmikrotubuli von entgegengesetzten Polen heften sich an die Kinetochoren und fangen die kondensierten Schwesterchromatidpaare ein. Spindelmikrotubuli, die nicht an Chromosomen haften – polare und astrale Mikrotubuli – helfen dabei, die Spindeln auseinanderzudrücken und die Spindelpole an der Zellmembran zu verankern.

Metaphase

Die Spindelmikrotubuli richten jedes Paar der vollständig kondensierten Schwesterchromatiden entlang des Äquators der Zelle aus – an der Metaphasenplatte. Die Zelle ist nun zur Teilung bereit.

Anaphase

Die Mikrotubuli von gegenüberliegenden Spindelpolen, die an der Kinetochorstruktur befestigt sind, verkürzen und trennen die Schwesterchromatiden am Zentromer. Die Kohäsionsproteine, die die Chromatiden zusammenhalten, zerfallen nun. Die Verkürzung der Kinetochor-Mikrotubuli führt dazu, dass jedes Chromatid des Paars – jetzt Chromosomen genannt – zu einem entgegengesetzten Pol wandert.

Telophase

Sobald die Chromosomen die entgegengesetzten Pole der Zelle erreichen, dekondensieren sie und entrollen sich, um Chromatin zu bilden. Die Spindel-Mikrotubuli-Filamente depolymerisieren zu ihren Tubulinmonomeren, die dann als Zytoskelettelemente in Tochterzellen verwendet werden. Um jeden Chromosomensatz herum bilden sich die Kernhüllen neu.

Zytokinese

Während der Zytokinese in tierischen Zellen bilden Aktinfilamente einen kontraktilen Ring in der Plasmamembran, um eine Spaltfurche zu erzeugen, die die Zelle schließlich in zwei Teile zusammendrückt. In Pflanzenzellen verbinden sich Vesikel aus dem Golgi-Apparat, die Glukose, Enzyme und Strukturproteine transportieren, und bilden an der Stelle der ehemaligen Metaphasenplatte eine neue Zellplatte. Die wachsende Zellplatte verschmilzt mit den Plasmamembranen auf beiden Seiten und bildet schließlich eine neue Zellwand, die die Zelle in zwei Teile teilt.

Die Mitose ist nun abgeschlossen und es entstehen zwei Tochterzellen, die mit der Elternzelle identisch sind. In den meisten menschlichen Zellen macht die Mitose etwa eine Stunde des etwa 24-stündigen Zellzyklus aus.

Mitose und Zytokinese

In Eukaryoten ist der Zellteilungszyklus in verschiedene, koordinierte zelluläre Prozesse unterteilt, die das Zellwachstum, die DNA-Replikation/Chromosomenreplikation ...

Education

Lehre

JoVE Core

Anatomy and Physiology

Anatomie und Physiologie

Unit 1

Einheit 1

Essential Cellular Processes

Essentielle Zellprozesse

KEY TERMS AND CONCEPTS

KERNBEGRIFFE UND KONZEPTE

cell division: mitosis and cytokinesis

Cell division depends on mitosis and cytokinesis. Mitosis is the stage when the cell’s nucleus divides and the copied chromosomes are separated into two sets. Cytokinesis is the step that follows and splits the cell into two daughter cells.

These two processes work together to make sure each new cell receives genetic material and its own cytoplasm. Mitosis keeps the chromosome sets organized, while cytokinesis finishes the division of the whole cell. Together, they create two separate cells from one starting cell.

Cell Division: Mitosis and Cytokinesis

the central dogma

Central Dogma: DNA to Protein

The central dogma explains how genetic information flows in cells from DNA to RNA to protein. It is a core idea in molecular biology and helps show how genes influence cell function. DNA stores the instructions. During transcription, a cell copies a gene into RNA, which is a related nucleic acid. That RNA message can then be used in translation to build a protein. Proteins carry out many jobs in cells and help determine traits. The central dogma links the genetic code in DNA to the molecules...

replication in eukaryotes

Eukaryotic DNA Copying at the Replication Fork

Eukaryotic DNA copying happens at replication forks, where the two DNA strands separate and new strands are built. This process lets a cell make an exact copy of its genetic material before it divides. The transcript explains that eukaryotic replication follows the same basic steps seen in other DNA replication systems, but it takes place in cells with a nucleus. The replication machinery works on each separated strand as a template, so the new DNA matches the original sequence. This topic is...

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RNA Types in Gene Expression

RNA types play different roles in gene expression. RNA, or ribonucleic acid, helps carry and use genetic information in cells. The main types discussed here are messenger RNA, ribosomal RNA, and transfer RNA. Messenger RNA, or mRNA, carries the genetic code from DNA to the ribosome. The ribosome is the site where proteins are made. Ribosomal RNA, or rRNA, is a key part of the ribosome itself. Transfer RNA, or tRNA, brings the correct amino acids to the ribosome during protein building. These...

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Transcription and RNA Synthesis

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Translation: mRNA to Protein

Translation is the step in gene expression where ribosomes use messenger RNA, or mRNA, to build a protein. The mRNA sequence carries the instructions copied from DNA. During translation, those instructions are read in order so the cell can make a specific chain of amino acids. This process depends on the ribosome and transfer RNA, or tRNA. The ribosome reads the mRNA, and tRNA brings the matching amino acids. As the chain grows, the amino acids are linked together to form a polypeptide, which...

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How Cells Control Gene Expression

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what is the cell cycle?

Cell Cycle Stages in Cell Growth

The cell cycle is the process that controls cell growth and division. It explains how one cell makes two new cells. This process helps cells grow and reproduce.

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Interphase and Cell Growth

Interphase is the part of the cell cycle when a cell grows and prepares to divide. It is a major stage of the cell cycle, and it comes before cell division begins. During interphase, the cell carries out its normal functions. It also copies its DNA so each new cell can receive a full set of genetic material. The cell may also build up the materials it needs for division. Interphase is not a single step. It includes phases such as G1, S, and G2, which help the cell grow, copy DNA, and get...

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the cell cycle control system

Cell Cycle Checkpoints and Cyclin Control

The cell cycle is controlled by checkpoints that help a cell move from one phase to the next and begin mitosis. This control system uses internal regulatory molecules and outside signals to send stop or advance instructions. It makes sure each step is finished before the cell moves forward. Cyclins and cyclin-dependent kinases, or Cdks, are the main regulators of the cell cycle. They act during the G1, G2, and M phases. These regulators work at specific checkpoints to keep cell division...

molecular factors affecting cell division

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Cell Cycle Regulators That Control Division

Cell division is controlled by outside signals and by internal cell cycle regulators. Nearby cell death can encourage division, and human growth hormone (hGH) can also promote it. In contrast, too little hGH or crowded cells can slow or stop division. Inside the cell, regulator molecules help each stage finish correctly before the next stage begins. Some regulators act directly on the cycle, while others affect the activity or production of other regulatory proteins. These molecules can either...

what is meiosis?

Meiosis and the Formation of Gametes

Meiosis is the cell division process that forms gametes, or sex cells. It reduces the chromosome number so offspring can inherit the correct amount of genetic material. This process includes two successive divisions. First, one cell divides, and then the resulting cells divide again. These steps separate the genetic material in a controlled way. Meiosis helps explain how sexual reproduction passes traits from one generation to the next. It is a key topic in high school biology because it...

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Cell Signaling Pathways and Responses

Cell signaling pathways and responses help cells communicate and react to changes. Cells send signals to one another, and those signals can trigger a specific response in the target cell. A signal usually begins when a signaling molecule reaches a cell with the right receptor, which is a protein that receives the message. The receptor helps the cell recognize the signal and start the communication process. Inside the cell, the message can move through a signaling pathway. This pathway passes...

types of signaling molecules

Chemical Messengers in Cell Signaling

Chemical messengers help cells communicate during signaling. These signaling molecules carry information from one cell to another and guide how cells respond. Some signaling molecules are gases, while others are proteins or peptides. Small lipids can also act as signals. In addition, cells may use steroids, amino acids, and even ions as signaling molecules. Each type of signaling molecule has different properties and works in a different way. Together, these molecules let cells send specific...

g protein-coupled receptors

G Protein-coupled Receptor Signaling

G protein-coupled receptors are a major class of cell-surface receptors. They help cells detect signals outside the cell and pass that information inward. These receptors are important in many kinds of cell communication. When a signal binds to a G protein-coupled receptor, the receptor changes shape. That change activates a G protein inside the cell. The activated G protein can then start a signaling pathway. This signaling system includes the receptor, the G protein, and the downstream...

cellular differentiation

From Stem Cell to Specialized Cells

Cellular differentiation turns unspecialized cells into specialized cells with specific jobs. This process helps a complex organism, such as a human, develop from a single fertilized egg into a body with many cell types. Nerve cells, muscle cells, and epithelial cells are examples of the final cell types that appear during development. A zygote is the first cell after fertilization. It is a totipotent stem cell, which means it has very high differentiation potential and can form all cell types...

key terms and concepts

Learn how mitosis separates copied chromosomes and how cytokinesis divides the cell into two daughter cells in this high school biology page.

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anatomy and physiology

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Cell Division: Mitosis and Cytokinesis

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