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Die Mitose ist der Teil des Zellzyklus, bei dem aus einer diploiden Mutterzelle zwei genetisch identische, diploide Tochterzellen entstehen. Sie gliedert sich in die Phasen Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase, an die sich meist die Zellteilung (Zytokinese) anschließt.
Nachdem die DNA in der S-Phase verdoppelt wurde, beginnt die Mitose (Kernteilung). Ihr Ziel ist die präzise Verteilung der identischen Chromatiden auf zwei neue Zellkerne, sodass am Ende zwei diploide Tochterzellen mit identischem Erbmaterial entstehen. Man kann sich die Mitose wie eine logistische Meisterleistung vorstellen, bei der die 'losen Fäden' der DNA ordentlich verpackt und dann wie an Seilwinden auseinandergezogen werden.
In der Prophase beginnt die Kondensation: Das lockere Chromatin faltet sich mit Hilfe von Histonen zu kompakten Transportformen, den Chromosomen, zusammen. Die beiden Schwesterchromatiden werden dabei am Zentromer fixiert, der einzigen festen Verbindung zwischen ihnen. Dies ist notwendig, damit sich die DNA-Fäden während der Bewegung nicht verheddern. Gleichzeitig lösen sich die Kernkörperchen (Nucleoli) auf und die Zentrosomen wandern zu den entgegengesetzten Polen der Zelle. Zwischen ihnen beginnt sich der Spindelapparat aus Mikrotubuli aufzubauen.
Die Prometaphase markiert den Übergang, in dem die Kernhülle zerfällt. Erst jetzt haben die Spindelfasern direkten Zugriff auf die Chromosomen. Die Fasern heften sich an das Kinetochor an, eine Proteinstruktur, die am Zentromer (der Einschnürungsstelle eines Chromosoms) sitzt.
In der Metaphase erreichen die Chromosomen ihre maximale Kondensation und werden durch den Spindelapparat in der Mitte der Zelle, der sogenannten Äquatorialebene (Metaphaseplatte), angeordnet. Dies ist der Zeitpunkt, an dem die Zelle prüft, ob alle Chromosomen korrekt mit beiden Polen verbunden sind, bevor die Trennung erfolgt. In dieser Phase können die Chromosomen aufgrund ihrer unterschiedlichen Größe und Form unterschieden werden.
Die Anaphase ist die dynamischste Phase: Die Verbindung zwischen den beiden Schwesterchromatiden am Zentromer wird gelöst. Die nun vereinzelten Chromatiden (Ein-Chromatid-Chromosomen) werden durch die Verkürzung der Spindelfasern mit der Geschwindigkeit eines wandernden Gletschers zu den entgegengesetzten Polen gezogen.
In der Telophase passiert im Wesentlichen das Gegenteil der Prophase. An den Polen bilden sich neue Kernhüllen um die Chromatidensätze aus, die Chromosomen entspannen sich wieder zu losem Chromatin und die Nucleoli erscheinen erneut. Der Spindelapparat wird abgebaut, da seine Aufgabe erfüllt ist. Damit entstehen zwei Zellkerne mit einem diploiden Chromosomensatz, wobei jedes Chromosom jedoch nur noch aus einem Chromatid besteht (2n2c). Die Verdopplung zu Zwei-Chromatid-Chromosomen erfolgt erst in der nächsten S-Phase. Die gesamte Zellkernteilung dauert zwischen einer halben Stunde und zwei Stunden.
Parallel zur Telophase findet meist die Zytokinese statt, die eigentliche Teilung des Zellleibs. Hierbei schnürt ein Ring aus Aktin- und Myosinfilamenten (der kontraktile Ring) die Zelle in der Mitte durch, wie eine zuziehende Schlinge. Die Zellmembran wird dabei neu synthetisiert, bis zwei eigenständige Tochterzellen entstanden sind.
Nach der Zytokinese treten die Tochterzellen in die Interphase ein, die zwischen zwei Mitosen liegt. In der G1-Phase wächst die Zelle und bereitet sich auf die nächste Teilung vor. In der S-Phase wird die DNA repliziert, sodass jedes Chromosom nun wieder aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Die anschließende G2-Phase dient der finalen Vorbereitung auf die Mitose. Manche Zellen, wie ausdifferenzierte Nerven- und Muskelzellen, stellen ihre Teilungsaktivität dauerhaft ein und verharren in einer Ruhephase, der G0-Phase.
