Die Zellteilung
Eine einzige befruchtete Eizelle – und am Ende ein Mensch aus rund 30 Billionen Zellen. Dazwischen liegen unzählige Zellteilungen, und jede folgt demselben Fahrplan: dem Zellzyklus. Auch jetzt, während du liest, teilen sich in deinem Knochenmark und deiner Darmschleimhaut ständig Zellen.
Einfach erklärt
Aus einer befruchteten Eizelle wird ein Mensch mit rund 30 Billionen Zellen. Dafür teilen sich Zellen sehr oft. Bei einer Teilung entstehen aus einer Zelle zwei Tochterzellen. Jede Tochterzelle braucht die ganze Erbinformation. Zellteilung dient dem Wachstum, der Erneuerung und der Reparatur.
Jede Teilung folgt einem festen Plan. Er heißt Zellzyklus. Zuerst wächst die Zelle. Dann verdoppelt sie ihre Erbinformation. Danach bereitet sie die Teilung vor. Diese drei Abschnitte heißen zusammen Interphase. Zum Schluss teilt die Zelle erst den Kern und dann die übrige Zelle. Manche Zellen teilen sich gar nicht mehr. Nervenzellen gehören dazu.
Es gibt zwei Arten von Kernteilung. Die Mitose macht zwei gleiche Körperzellen. Die Meiose macht vier Keimzellen. Das sind Eizellen oder Spermien. Sie haben nur halb so viele Chromosomen. Ihre Erbinformation ist neu gemischt.
Merke: Mitose macht gleiche Körperzellen, Meiose macht Keimzellen mit halb so vielen Chromosomen.
Das lernst du hier
- Du kannst die Phasen des Zellzyklus (G1, S, G2, M) und die Ruhephase G0 nennen und beschreiben.
- Du erklärst, warum die DNA vor jeder Kernteilung verdoppelt werden muss.
- Du vergleichst Mitose und Meiose nach Ablauf, Ergebnis und Aufgabe.
- Du wertest ein Diagramm zum DNA-Gehalt einer Zelle aus.
Was ist Zellteilung – und wozu teilen sich Zellen?
Definition: Zellteilung
Bei der Zellteilung entstehen aus einer Mutterzelle zwei Tochterzellen. Bei Tieren, Pflanzen und Pilzen läuft sie in zwei Schritten ab: Zuerst wird der Zellkern geteilt (Mitose oder Meiose), dann das Zellplasma (Zytokinese).
Zellteilung ist die Grundlage allen Lebens. Einzeller wie Bakterien vermehren sich, indem sie sich teilen: Das Darmbakterium Escherichia coli schafft das unter idealen Bedingungen etwa alle 20 Minuten. Bei Vielzellern wie dir hat die Zellteilung mehrere Aufgaben:
- Wachstum: Aus der befruchteten Eizelle entsteht ein Körper aus Billionen Zellen.
- Erneuerung: Blut-, Haut- und Darmzellen werden laufend ersetzt.
- Reparatur: Wunden schließen sich, weil Zellen am Wundrand sich teilen.
- Fortpflanzung: Eizellen und Spermien entstehen durch eine besondere Teilung, die Meiose.
Für Körperzellen gilt dabei eine strenge Regel: Jede Tochterzelle braucht die vollständige Erbinformation. Deshalb läuft eine Teilung nicht spontan ab, sondern in einem geordneten, kontrollierten Kreislauf.
Der Zellzyklus (Zellteilungszyklus) im Überblick
Der Zellzyklus, auch Zellteilungszyklus genannt, ist die Abfolge der Phasen von einer Teilung bis zur nächsten. Er besteht aus der langen Interphase (G1, S, G2) und der kurzen M-Phase, in der erst der Kern (Mitose) und dann das Zellplasma (Zytokinese) geteilt wird.
- G1-Phase – WachsenDie junge Tochterzelle wächst, bildet Proteine und Zellorganellen und erledigt ihre eigentliche Aufgabe im Gewebe. Jedes Chromosom besteht jetzt aus einem Chromatid.
- S-Phase – KopierenDie DNA wird verdoppelt (Replikation). Danach besteht jedes Chromosom aus zwei identischen Schwesterchromatiden. Die DNA-Menge verdoppelt sich, die Zahl der Chromosomen bleibt gleich.
- G2-Phase – VorbereitenDie Zelle bildet Proteine für die Teilung, etwa Bausteine des Spindelapparats, und prüft, ob die DNA vollständig und fehlerfrei kopiert wurde.
- M-Phase – TeilenErst wird der Kern geteilt (Mitose), dann das Zellplasma (Zytokinese). Aus einer Zelle werden zwei.
Die Zeiten in Abb. 1 sind nur ein Beispiel. Sie schwanken je nach Zelltyp stark: In frühen Frosch-Embryonen dauern die ersten Zyklen nur etwa eine halbe Stunde, weil die Wachstumsphasen fast wegfallen. Andere Zellen verlassen den Zyklus ganz. Phase für Phase mit allen Kontrollpunkten erklärt die Seite zum Zellzyklus.
G0: Zellen, die sich nicht mehr teilen
Viele Zellen wechseln aus der G1-Phase in eine Ruhephase, die G0-Phase. „Ruhe“ bezieht sich nur auf die Teilung – die Zellen arbeiten voll weiter. Nervenzellen und Herzmuskelzellen bleiben meist dauerhaft in G0. Leberzellen dagegen können zurückkehren: Wird ein Teil der Leber entfernt, teilen sie sich wieder, bis das Organ seine ursprüngliche Größe fast erreicht hat.
Ob eine Zelle sich teilt, steuern Signale von außen, zum Beispiel Wachstumsfaktoren, und innere Kontrollpunkte, an denen die Zelle prüft, ob alles bereit ist. Wie diese Kontrollpunkte funktionieren, erfährst du in der Vertiefung auf der Seite Mitose.
Wusstest du?
Dein Körper ersetzt jeden Tag rund 330 Milliarden Zellen – fast vier Millionen pro Sekunde. Knapp 90 Prozent davon sind Blutzellen. Zusammen wiegen die täglich neu gebildeten Zellen etwa 80 Gramm (Sender und Milo 2021).
Mitose oder Meiose?
Es gibt zwei Arten der Kernteilung. Die Mitose erzeugt Körperzellen mit identischer Erbinformation. Die Meiose erzeugt Keimzellen (Eizellen und Spermien) mit halbem Chromosomensatz und neu gemischten Allelen. Ohne diese Halbierung würde sich die Chromosomenzahl bei jeder Befruchtung verdoppeln. Eine ausführliche Gegenüberstellung mit Vergleichstabelle findest du unter Unterschied zwischen Mitose und Meiose.
| Merkmal | Mitose | Meiose |
|---|---|---|
| Wo? (Mensch) | Körperzellen, z. B. in Haut und Knochenmark | Keimbahnzellen in Hoden und Eierstöcken |
| Teilungen | eine | zwei (Meiose I und II) nach nur einer DNA-Verdopplung |
| Paarung homologer Chromosomen | nein | ja, in der Prophase I |
| Crossing-over | nein | ja |
| Was wird getrennt? | Schwesterchromatiden | Meiose I: homologe Chromosomen, Meiose II: Schwesterchromatiden |
| Ergebnis | 2 diploide Zellen (2n → 2n) | 4 haploide Zellen (2n → n) |
| Erbinformation der Tochterzellen | identisch mit der Mutterzelle | verschieden, neu kombiniert |
| Aufgabe | Wachstum, Erneuerung, Reparatur, ungeschlechtliche Vermehrung | Bildung von Keimzellen für die geschlechtliche Fortpflanzung |
Beide Teilungen kannst du dir im Zellteilungs-Kino als Animation ansehen – Phase für Phase, mit Pause und Zurückspulen.
Merke
Der Zellzyklus besteht aus der Interphase (G1, S, G2) und der M-Phase. In der S-Phase wird die DNA verdoppelt, die Chromosomenzahl bleibt dabei gleich. Mitose: 1 Zelle → 2 identische Zellen (2n → 2n). Meiose: 1 Zelle → 4 verschiedene Keimzellen (2n → n).
Typische Fehler
- „Die Interphase ist eine Ruhephase.“ Falsch – in der Interphase wächst die Zelle, arbeitet und verdoppelt ihre DNA. Nur in G0 teilt sie sich dauerhaft nicht.
- „Mitose und Zellteilung sind dasselbe.“ Die Mitose ist nur die Kernteilung. Erst mit der Zytokinese ist die Zelle geteilt.
- „Vor der Meiose II wird die DNA noch einmal verdoppelt.“ Falsch – es gibt nur eine Verdopplung vor der Meiose I, danach folgen zwei Teilungen.
Gaspedal und Bremse: Wenn der Zellzyklus entgleist
Ob eine Zelle sich teilt, bestimmen vor allem zwei Gruppen von Genen. Proto-Onkogene wirken wie ein Gaspedal: Sie codieren zum Beispiel Rezeptoren für Wachstumsfaktoren oder Signalproteine wie Ras, die eine Teilung anregen. Eine Mutation kann ein solches Gen dauerhaft „einschalten“ – dann spricht man von einem Onkogen. Weil schon ein verändertes Allel genügt, wirkt diese Mutation auf Ebene der Zelle dominant.
Tumorsuppressorgene sind die Bremse. Ihr bekanntester Vertreter ist p53: Das Protein stoppt den Zellzyklus bei DNA-Schäden und kann den programmierten Zelltod auslösen. Das Protein RB hält Zellen in der G1-Phase fest, bis Wachstumssignale eintreffen. Fällt nur ein Allel aus, bremst das zweite meist noch ausreichend. Erst wenn beide Allele defekt sind, fehlt die Bremse – auf Zellebene ist das also rezessiv.
Diese Idee formulierte der Arzt Alfred Knudson 1971 als Zwei-Treffer-Hypothese am Beispiel des Retinoblastoms, eines Augentumors bei Kleinkindern. Kinder mit der erblichen Form tragen den ersten „Treffer“ (ein defektes RB-Allel) bereits in allen Zellen – ein zweiter, zufälliger Treffer genügt. Sie erkranken deshalb früher und oft an beiden Augen. Bei der nicht erblichen Form müssen beide Treffer zufällig in derselben Zelle passieren, was seltener ist.
Auch Viren können die Bremse lösen: Humane Papillomviren (HPV) bilden Proteine, die p53 und RB ausschalten. Eine dauerhafte HPV-Infektion kann deshalb zu Gebärmutterhalskrebs führen. Die Ständige Impfkommission (STIKO) empfiehlt die HPV-Impfung für Mädchen und Jungen im Alter von 9 bis 14 Jahren.
Meist entsteht Krebs erst, wenn sich in einer Zelllinie mehrere solcher Mutationen anhäufen. Das erklärt, warum das Krebsrisiko mit dem Alter steigt: Mit jeder Teilung können neue Fehler hinzukommen. Viele Krebsmedikamente setzen am Zellzyklus an – etwa, indem sie die Mitose blockieren oder gezielt überaktive Signalproteine hemmen. Weil sich auch gesunde Zellen teilen, haben sie typische Nebenwirkungen in Geweben mit vielen Teilungen, etwa im Knochenmark, in der Darmschleimhaut und an den Haarwurzeln.
Probier es aus: Mitose und Meiose im Vergleich
Schalte zwischen Mitose und Meiose um und vergleiche, wie viele Zellen mit welchem Chromosomensatz entstehen.
Vertiefen: zwei Kapitel zur Zellteilung
Fachbegriffe
- Zellzyklus
- Abfolge der Phasen G1, S, G2 und M von einer Zellteilung bis zur nächsten.
- Interphase
- Zeit zwischen zwei Teilungen: Wachstum, DNA-Verdopplung, Vorbereitung.
- S-Phase
- Synthesephase, in der die DNA verdoppelt wird (Replikation).
- G0-Phase
- Zustand außerhalb des Zyklus: Die Zelle arbeitet, teilt sich aber nicht.
- Zytokinese
- Teilung des Zellplasmas nach der Kernteilung.
- Meiose
- Zwei aufeinanderfolgende Kernteilungen, die haploide Keimzellen erzeugen.
- Tumorsuppressorgen
- Gen, dessen Produkt die Zellteilung bremst, z. B. p53.
Aufgaben
- AFB INenne die Phasen des Zellzyklus in der richtigen Reihenfolge und beschreibe jeweils, was in ihnen geschieht.
Lösung anzeigen
G1: Wachstum, Bildung von Proteinen und Organellen. S: Verdopplung der DNA. G2: Vorbereitung der Teilung, Kontrolle der Replikation. M: Mitose (Kernteilung) und Zytokinese (Teilung des Zellplasmas). - AFB IIBerechne mit den Beispielzeiten aus Abb. 1, wie viel Prozent des Zellzyklus auf die M-Phase entfallen. Erkläre damit, warum man in einem Gewebeschnitt die meisten Zellen in der Interphase sieht.
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1 h von 24 h ≈ 4,2 %. Die Interphase macht rund 96 % aus. Wie oft man eine Phase im Präparat antrifft, hängt von ihrer Dauer ab: Je länger eine Phase, desto mehr Zellen befinden sich gerade in ihr. Diese Idee nutzt der Mitoseindex. - AFB IIWerte Abb. 2 aus: Gib für eine menschliche Zelle (2n = 46) Chromosomenzahl und DNA-Gehalt in G1, in G2, nach der Mitose und nach der Meiose II an.
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G1: 46 Chromosomen, 2C. G2: 46 Chromosomen (aus je zwei Chromatiden), 4C. Nach der Mitose: 46 Chromosomen, 2C. Nach der Meiose II: 23 Chromosomen, 1C. - AFB IIVergleiche Mitose und Meiose anhand von drei selbst gewählten Kriterien.
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Zum Beispiel: Zahl der Teilungen (1 bzw. 2), Ergebnis (2 diploide bzw. 4 haploide Zellen), Erbinformation (identisch bzw. neu kombiniert), getrennte Strukturen (Schwesterchromatiden bzw. zuerst homologe Chromosomen), Aufgabe (Wachstum und Erneuerung bzw. Keimzellbildung). - AFB IIILeberzellen befinden sich meist in G0, teilen sich aber wieder, wenn ein Teil der Leber entfernt wird. Entwickle eine Hypothese, wodurch sie dazu gebracht werden, und beurteile, warum die Lebendspende eines Leberteils möglich ist, die Spende eines Herzteils dagegen nicht.
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Hypothese: Nach dem Gewebeverlust werden vermehrt Wachstumsfaktoren gebildet (z. B. der Hepatozyten-Wachstumsfaktor HGF) oder hemmende Signale fallen weg. Die Zellen kehren aus G0 in G1 zurück und teilen sich, bis die ursprüngliche Organgröße erreicht ist. Beurteilung: Bei Spender und Empfänger wächst das Leberteil wieder heran, die Spende ist daher vertretbar (wenn auch nicht risikofrei). Herzmuskelzellen bleiben weitgehend in G0, verlorenes Gewebe würde nicht ersetzt – nach einem Herzinfarkt entsteht deshalb Narbengewebe.
Weiterlernen
Quellen & Stand
- Alberts, B. u. a.: Molecular Biology of the Cell, 7. Auflage, W. W. Norton 2022, Kapitel 17 (Zellzyklus).
- Sender, R.; Milo, R.: The distribution of cellular turnover in the human body. Nature Medicine 27 (2021), S. 45–48. doi:10.1038/s41591-020-01182-9
- Knudson, A. G.: Mutation and Cancer: Statistical Study of Retinoblastoma. PNAS 68 (1971), S. 820–823. doi:10.1073/pnas.68.4.820
- NHGRI Talking Glossary: Cell Cycle.
Stand: Oktober 2026. Fachlich überarbeitet für Klasse 9–13.