Die Metaphase ist eine der Phasen der Mitose und Meiose, die die beiden Arten der Zellteilung sind. Während der Mitose werden Zellen produziert, die mit dem Elternteil oder Klonen genetisch identisch sind. Es wird zur asexuellen Fortpflanzung, zum Wachstum mehrzelliger Organismen und zum Reparieren und Ersetzen von beschädigtem Gewebe verwendet. Meiose ist die Zellteilung, die verwendet wird, um Zellen für die sexuelle Fortpflanzung zu produzieren. Die Mitose findet in allen Zellen statt, während die Meiose nur in den Geschlechtsorganen eines Organismus auftritt, zB den Hoden und Eierstöcken von Säugetieren oder den Eierstöcken und Staubbeuteln von Blütenpflanzen.
Sowohl Mitose als auch Meiose sind kontinuierliche Prozesse, die jedoch jeweils als eine Reihe von Stadien beschrieben werden. Während der Mitose gibt es vier Stadien – Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase, die in dieser Reihenfolge ablaufen. Die Meiose hat zwei Unterteilungen, Meiose I und Meiose II, die jeweils aus den gleichen vier Stadien wie die Mitose bestehen. Für beide Prozesse gibt es eine weitere Stufe, die Interphase genannt wird. Die Interphase tritt vor den Teilungsstadien auf, wenn die Zellen wachsen und sich auf die Teilung vorbereiten, indem sie ihre DNA replizieren.
Alle Zellen haben einen Zellzyklus, der beginnt, wenn sie durch Zellteilung produziert wurden, und endet, wenn sie sich teilen, um identische Zellen zu produzieren. Mitose ist die Zeit der Zellteilung und der Rest des Zellzyklus ist Interphase. Die Interphase wird allgemein als Ruhephase bezeichnet, ist aber eine Zeit mit viel zellulärer Aktivität. Während dieser Phase wächst die Zelle und produziert Organellen und Proteine. Die DNA im Zellkern wird zur Vorbereitung der Mitose repliziert und wächst weiter und produziert doppelte Organellen.
Während der Prophase werden die Chromosomen im Zellkern kürzer und dicker, verdichten sich und werden sichtbar. Jedes Chromosom scheint zwei Chromatiden zu haben, die durch ein Zentromer miteinander verbunden sind. Zentriolen bilden sich und bewegen sich zu den gegenüberliegenden Enden der Zellen, wo sich Mikrotubuli zu einer sternförmigen Struktur entwickeln, die als Aster bezeichnet wird. Einige der Mikrotubuli oder Spindelfasern durchqueren die Zelle von einem Ende zum anderen, um die Spindel zu bilden. Schließlich zerfallen der Nukleolus und die Kernmembran, so dass die Chromosomen im Zytoplasma frei schweben.
Die nächste Teilungsstufe nach der Prophase ist die Metaphase. Während dieser Phase richten sich die Chromosomen in der Mitte der Zelle aus. Jedes der Chromosomen ist an seinem Zentromer mit einer Spindelfaser verbunden. Die Chromatiden werden dann durch die Kontraktion der Mikrotubuli leicht auseinander gezogen. An die Metaphase schließen sich Anaphase und dann Telophase an.
Während der Anaphase werden die Spindelfasern vollständig zusammengezogen, sodass die einzelnen Chromatiden jedes Chromosoms zu beiden Seiten der Zelle gezogen werden. Sobald die Chromatiden die Pole der Zelle erreichen, bildet sich um sie herum eine neue Kernmembran, die den Beginn der Telophase anzeigt. Die Spindelfasern zerfallen, die Chromosomen entrollen und verlängern sich, der Nukleolus bildet sich neu und schließlich teilt sich die Zelle in zwei Teile, wodurch die mitotische Teilung beendet wird.
Die Meiose ähnelt der Mitose, es finden jedoch zwei Teilungen statt. Es beinhaltet die Teilung der Chromosomen, gefolgt von zwei Teilungen des Zellkerns und der Zelle. Meiose I unterscheidet sich von Mitose während der Prophase, Meiose II ist jedoch eine typische mitotische Teilung, wie oben beschrieben. Das Endergebnis der Meiose sind vier neue Zellen, die die Hälfte der genetischen Information der Elternzelle haben.
Der Hauptunterschied bei der Meiose I tritt während der Prophase I auf, wenn die Chromosomenpaare zusammenkommen, um ein bivalentes zu bilden, anstatt dass jedes Chromosom ein Chromatid bildet. Während der Metaphase I reihen sich die Bivalente zufällig entlang der Mitte der zu trennenden Zelle an. Diese zufällige Orientierung führt zu einer erhöhten genetischen Vielfalt. Jedes Chromosom des Paares hat Gene, die dieselben Eigenschaften bestimmen, aber es handelt sich nicht immer um dasselbe Gen. Durch die zufällige Verteilung und anschließende unabhängige Anordnung der Chromosomen entstehen neue genetische Kombinationen in den Zellen.
Die Chromosomen werden während der Anaphase I an die gegenüberliegenden Enden der Zelle gezogen, und in der Telophase I bildet sich eine Kernmembran um sie herum. Die resultierenden beiden Zellen haben jetzt halb so viel genetisches Material wie die Elternzelle. Die Meiose II folgt dem gleichen Prozess wie die Mitose, bei der die Chromosomen ein Chromatidpaar bilden, das durch ein Zentromer verbunden ist. Sie reihen sich in der Mitte der Zelle auf und werden von ihren Zentromeren zu den gegenüberliegenden Enden der Zelle gezogen. Sobald sie die Pole erreichen, ist die Zellteilung abgeschlossen, was zu vier neuen Zellen führt, jede mit der Hälfte des genetischen Materials der ursprünglichen Zelle.