Zytokinese: Wie sich die Zelle am Ende teilt
Vertiefung zum ThemaMitose
Am Ende der Telophase hat eine Zelle zwei fertige Zellkerne. Geteilt ist sie damit aber noch nicht. Den letzten Schritt übernimmt die Zytokinese, und hier gehen Tiere und Pflanzen völlig verschiedene Wege: Die einen schnüren sich ein wie ein Turnbeutel, die anderen bauen eine Wand von innen nach außen.
Einfach erklärt
Diese Seite vertieft das Thema Mitose. Nach der Mitose hat die Zelle zwei Zellkerne. Geteilt ist sie damit aber noch nicht. Den letzten Schritt nennt man Zytokinese. Dabei teilt sich der ganze Zellinhalt. Tiere und Pflanzen machen das ganz verschieden.
Eine Tierzelle schnürt sich von außen ein. Dafür bildet sich ein Ring unter der Zellhülle. Er besteht aus denselben Eiweißen wie deine Muskeln. Der Ring zieht sich zusammen. So entsteht eine tiefe Rinne, die Teilungsfurche. Am Ende trennen sich die beiden Zellen.
Eine Pflanzenzelle hat eine feste Zellwand. Einschnüren klappt deshalb nicht. Sie baut stattdessen eine neue Wand von innen nach außen. Kleine Bläschen bringen dafür Baustoffe in die Zellmitte. Dort verschmelzen sie zur Zellplatte. Die Zellplatte wächst nach außen bis zur alten Wand.
Merke: Tierzellen schnüren sich ein, Pflanzenzellen bauen eine Zellplatte.
Kurz gesagt
Die Zytokinese ist die Teilung des Zellplasmas am Ende einer Zellteilung. Sie folgt auf die Kernteilung (Karyokinese) und beginnt meist schon in der späten Anaphase. Tierzellen schnüren sich mit einem Ring aus Aktin und Myosin von außen ein, es entsteht eine Teilungsfurche. Pflanzenzellen können das wegen ihrer starren Zellwand nicht: Sie bauen in der Zellmitte aus Bläschen eine neue Wand auf, die Zellplatte, die nach außen wächst.
Das lernst du hier
- Karyokinese und Zytokinese unterscheiden und zeitlich einordnen,
- die Zytokinese bei Tier- und Pflanzenzellen beschreiben und vergleichen,
- begründen, warum Pflanzenzellen einen anderen Mechanismus brauchen,
- Beispiele für Zellen mit mehreren Kernen erklären und richtig einordnen.
Karyokinese und Zytokinese: zwei Schritte einer Teilung
Eine Zellteilung besteht aus zwei Vorgängen. Zuerst wird der Zellkern geteilt, die Karyokinese (griechisch karyon, Kern, und kinesis, Bewegung). Bei Körperzellen ist das die Mitose mit Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Danach wird das Zellplasma mit allen Organellen auf zwei Zellen verteilt: die Zytokinese (griechisch kytos, Zelle).
Streng getrennt sind die beiden Schritte allerdings nicht. Die Zytokinese setzt meist schon in der späten Anaphase ein, während die Chromosomen noch zu den Polen wandern, und ist kurz nach der Telophase abgeschlossen. Wo sich die Zelle teilt, ist kein Zufall: Bei Tierzellen legt die Lage des Spindelapparats die Teilungsebene fest. Sie liegt genau in der Mitte zwischen den beiden Spindelpolen, dort, wo vorher die Chromosomen in der Metaphase aufgereiht waren. Wie die Spindel aufgebaut ist, erklärt die Seite Der Spindelapparat.
Zytokinese bei Tierzellen: der Schnürring
Bei Tierzellen bildet sich direkt unter der Zellmembran, genau in der Teilungsebene, ein kontraktiler Ring. Er besteht aus Aktinfilamenten und Myosin, also aus denselben Proteinen, die auch deine Muskeln zusammenziehen. Die Myosinmoleküle ziehen die Aktinfilamente aneinander vorbei, der Ring wird enger und zieht die Membran mit nach innen. Von außen sieht man eine immer tiefere Rinne, die Teilungsfurche.
Schließlich sind die beiden Tochterzellen nur noch über eine schmale Brücke verbunden, in der die Reste der Spindelfasern zusammengedrängt sind. Diese Struktur heißt Mittelkörper (Midbody). Sie hält die Zellen noch eine Weile zusammen, bevor die letzte Verbindung durchtrennt wird. Die Organellen, etwa Mitochondrien und Teile des endoplasmatischen Retikulums, werden dabei ungefähr gleichmäßig verteilt, denn sie liegen in beiden Hälften verstreut. Diese Teilung des Zellplasmas läuft gleich ab, egal ob vorher eine Mitose oder eine Meiose stattgefunden hat.
Zytokinese bei Pflanzenzellen: die Zellplatte
Eine Pflanzenzelle steckt in einer festen Zellwand aus Cellulose. Ein Schnürring hätte gegen diese Wand keine Chance. Deshalb teilt sich die Pflanzenzelle von innen. Den Ort legt sie schon fest, bevor die Mitose überhaupt beginnt: Ein Band aus Mikrotubuli unter der Zellmembran, das Präprophaseband, markiert die Stelle, an der die neue Wand später an die alte anschließt. Das Band verschwindet zwar wieder, die Stelle bleibt aber markiert.
In der Telophase bleiben zwischen den Tochterkernen die überlappenden Mikrotubuli der Spindel übrig. Sie bilden den Phragmoplasten. An ihm entlang werden kleine Bläschen aus dem Golgi-Apparat, die Vesikel, zur Zellmitte transportiert. Sie enthalten Bausteine für die Zellwand. In der Mitte verschmelzen sie zu einer flachen Scheibe, der Zellplatte. Die Zellplatte wächst nach außen, bis sie die alte Zellwand erreicht und mit ihr verschmilzt. Aus ihren Membranen werden die neuen Zellmembranen der beiden Tochterzellen, ihr Inhalt wird zur ersten Schicht der neuen Wand. Dabei bleiben feine Kanäle zwischen den Tochterzellen offen, die Plasmodesmen. Über sie stehen benachbarte Pflanzenzellen dauerhaft in Verbindung. Welche weiteren Unterschiede Pflanzen- und Tierzellen haben, zeigt die Seite Tierzelle und Pflanzenzelle.
| Merkmal | Tierzelle | Pflanzenzelle |
|---|---|---|
| Prinzip | Einschnürung | Neubau einer Trennwand |
| Richtung | von außen nach innen | von innen nach außen |
| beteiligte Strukturen | kontraktiler Ring aus Aktin und Myosin | Phragmoplast aus Mikrotubuli, Golgi-Vesikel |
| Festlegung der Teilungsebene | durch die Lage der Spindel | schon vor der Prophase durch das Präprophaseband |
| sichtbares Zeichen | Teilungsfurche | Zellplatte, im Mikroskop als feine Linie zwischen den Tochterkernen |
| Ergebnis | zwei getrennte Zellen | zwei Zellen mit gemeinsamer neuer Wand, verbunden durch Plasmodesmen |
Die Zellplatte kannst du im eigenen Präparat einer Zwiebelwurzelspitze entdecken. Wie das geht, steht bei Ablauf der Mitose im Mikroskop.
Merke
Zytokinese = Teilung des Zellplasmas, nach der Kernteilung (Karyokinese). Tierzellen: Ring aus Aktin und Myosin, Teilungsfurche, Einschnürung von außen. Pflanzenzellen: Phragmoplast und Golgi-Vesikel bilden die Zellplatte, die von innen nach außen wächst.
Wenn die Zytokinese ausbleibt: Zellen mit mehreren Kernen
Kernteilung und Zytokinese sind zwar meist gekoppelt, aber nicht untrennbar. Teilt sich der Kern ohne anschließende Zytokinese, entsteht eine Zelle mit mehreren Kernen. Das passiert nicht nur aus Versehen, sondern bei manchen Lebewesen und Geweben ganz planmäßig:
- Frühe Embryonen der Fruchtfliege: Im Ei der Fruchtfliege Drosophila teilen sich zu Beginn nur die Kerne. So entsteht eine einzige große Zelle mit rund 6000 Kernen. Erst danach wachsen Zellmembranen zwischen die Kerne und trennen sie in einzelne Zellen.
- Leberzellen: Viele Leberzellen von Säugetieren haben zwei Kerne oder einen Kern mit verdoppeltem Chromosomensatz. Hauptursache ist eine unvollständige Zytokinese während des Wachstums nach der Geburt. Beim erwachsenen Menschen ist laut einer Übersichtsarbeit mehr als ein Fünftel der Leberzellen polyploid, bei Mäusen sind es 80 bis 90 Prozent.
- Nährgewebe von Samen: Bei vielen Blütenpflanzen beginnt das Endosperm, das Nährgewebe im Samen, mit freien Kernteilungen ohne Zellwände. Das Kokoswasser ist ein solches flüssiges, vielkerniges Endosperm.
Typische Fehler
- „Jede vielkernige Zelle hat die Zytokinese übersprungen.“ Skelettmuskelfasern haben viele Kerne, weil viele einzelne Vorläuferzellen miteinander verschmolzen sind. Das ist das Gegenteil einer ausgebliebenen Teilung.
- „Pflanzenzellen schnüren sich auch ein, nur langsamer.“ Pflanzenzellen bilden keinen Schnürring. Die neue Wand entsteht als Zellplatte in der Zellmitte.
- „Die Zytokinese beginnt erst nach der Telophase.“ Meist beginnt sie schon in der späten Anaphase und überlappt mit der Telophase.
- „Mitose und Zellteilung sind dasselbe.“ Die Mitose ist nur die Kernteilung. Erst mit der Zytokinese sind zwei Zellen entstanden.
Vertiefung Oberstufe: Gleich groß oder ungleich? Die Lage der Teilungsebene
Wie entsteht der Schnürring genau an der richtigen Stelle? Signale aus der Spindelmitte, wo sich die Mikrotubuli beider Pole überlappen, aktivieren an der darüberliegenden Zellrinde ein Schalterprotein namens RhoA. Es sorgt dafür, dass sich dort Aktin und Myosin zum Ring zusammenlagern. Verschiebt man die Spindel experimentell, wandert auch die Teilungsfurche mit. Die Spindel ist also der Zirkel, die Zytokinese zieht den Strich.
Diese Kopplung nutzen Zellen gezielt aus. Liegt die Spindel genau in der Zellmitte, entstehen zwei gleich große Zellen. Rückt sie an den Rand, wird die Teilung asymmetrisch. Das extremste Beispiel ist die Eizellbildung: Die Spindel wandert dicht unter die Zellmembran, und die Zytokinese schnürt nur ein winziges Bläschen mit einem Chromosomensatz ab, das Polkörperchen. Die Eizelle behält fast das gesamte Zellplasma mit Nährstoffen und Mitochondrien. Mehr dazu findest du bei Oogenese und Spermatogenese.
Auch Stammzellen teilen sich oft asymmetrisch. Dabei werden nicht nur unterschiedlich viel Plasma, sondern auch bestimmte Proteine ungleich verteilt. Eine Tochterzelle bleibt Stammzelle, die andere spezialisiert sich. Misslingt die Zytokinese dagegen ungewollt, entsteht eine Zelle mit doppeltem Chromosomensatz und zwei Zentrosomen. Bei ihrer nächsten Teilung kann eine Spindel mit mehr als zwei Polen entstehen, und die Chromosomen werden falsch verteilt. Solche Fehler kommen in manchen Tumoren gehäuft vor.
Fachbegriffe
- Zytokinese
- Teilung des Zellplasmas im Anschluss an die Kernteilung.
- Karyokinese
- Teilung des Zellkerns, z. B. durch Mitose oder Meiose.
- kontraktiler Ring
- Ring aus Aktin und Myosin unter der Zellmembran, der Tierzellen einschnürt.
- Teilungsfurche
- Sichtbare Einschnürung der Zelloberfläche während der Zytokinese von Tierzellen.
- Phragmoplast
- Struktur aus Mikrotubuli zwischen den Tochterkernen einer Pflanzenzelle, die Vesikel zur Zellplatte leitet.
- Zellplatte
- Neue Trennwand, die bei Pflanzenzellen aus verschmolzenen Golgi-Vesikeln in der Zellmitte entsteht.
Aufgaben
AFB I Wissen wiedergeben AFB II Anwenden AFB III Beurteilen
- AFB IBeschreibe den Ablauf der Zytokinese bei einer Tierzelle und bei einer Pflanzenzelle.
Lösung anzeigen
Tierzelle: Unter der Membran bildet sich in der Teilungsebene ein Ring aus Aktin und Myosin. Er zieht sich zusammen, es entsteht eine Teilungsfurche, die Zelle wird von außen nach innen durchgeschnürt. Pflanzenzelle: Zwischen den Tochterkernen bildet sich der Phragmoplast. Golgi-Vesikel mit Wandbausteinen werden zur Mitte transportiert und verschmelzen zur Zellplatte, die nach außen wächst, bis sie mit der alten Zellwand verschmilzt.
- AFB IIBegründe, warum Pflanzenzellen sich nicht wie Tierzellen einschnüren können.
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Pflanzenzellen sind von einer festen Zellwand aus Cellulose umgeben. Ein kontraktiler Ring unter der Membran könnte diese starre Wand nicht nach innen ziehen. Außerdem braucht jede Tochterzelle wieder eine eigene Wand. Deshalb bauen Pflanzenzellen die Trennwand als Zellplatte von innen auf.
- AFB IIErkläre, was mit einer menschlichen Zelle geschieht, deren Mitose normal abläuft, deren Zytokinese aber ausbleibt. Gib Chromosomenzahl und Zahl der Kerne an.
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Es entsteht eine Zelle mit zwei Kernen, in denen jeweils 46 Chromosomen liegen, insgesamt also 92 Chromosomen. Die Zelle ist damit tetraploid (vier Chromosomensätze), verteilt auf zwei Kerne. Sie besitzt außerdem zwei Zentrosomen, was bei einer weiteren Teilung zu Fehlverteilungen führen kann.
- AFB IIVergleiche die Entstehung einer vielkernigen Skelettmuskelfaser mit der Entstehung der vielkernigen Zelle im frühen Drosophila-Embryo.
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Gemeinsam ist das Ergebnis: eine große Zelle mit vielen Kernen. Die Entstehung ist gegensätzlich. Die Muskelfaser entsteht durch Verschmelzung vieler einzelner Vorläuferzellen, also durch Fusion. Im Drosophila-Embryo teilen sich die Kerne wiederholt, ohne dass eine Zytokinese folgt. Die Kerne stammen dort alle von einem Kern ab und werden erst später durch Zellmembranen getrennt.
- AFB IIIBeurteile die Aussage einer Mitschülerin: „Die Zytokinese ist nur ein Nebenschritt. Wichtig ist, dass die Chromosomen richtig verteilt werden.“
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Teilweise richtig: Die genaue Verteilung der Chromosomen in der Mitose entscheidet, ob beide Tochterkerne vollständige Erbinformation erhalten. Trotzdem ist die Zytokinese kein Nebenschritt. Ohne sie entstehen keine zwei Zellen; der Körper könnte weder wachsen noch Gewebe erneuern. Unbeabsichtigt ausbleibende Zytokinese führt zu Zellen mit doppeltem Chromosomensatz und zusätzlichen Zentrosomen, die bei späteren Teilungen Fehler verursachen können. Zudem steuert die Zytokinese, wie groß die Tochterzellen werden, etwa bei der Eizellbildung. Beide Schritte sind also für eine erfolgreiche Zellteilung nötig.
Weiterlernen
Quellen & Stand
- Alberts, B. u. a.: Molecular Biology of the Cell, 4. Auflage, Garland 2002, Kapitel Cytokinesis (NCBI Bookshelf).
- Cooper, G. M.: The Cell: A Molecular Approach, 2. Auflage, Sinauer 2000, Kapitel The Events of M Phase (NCBI Bookshelf).
- Wang, M.-J. u. a.: Hepatocyte polyploidization and its association with pathophysiological processes. Cell Death & Disease 8 (2017), e2805.
Stand: Oktober 2026.