Zellzyklus Phasen im Diagramm: G1, S, G2, Mitose und Checkpoints

Die Phasen des Zellzyklus werden im Diagramm klassischerweise als Kreis dargestellt, der die sich wiederholende Abfolge aus Wachstum, DNA-Replikation und Teilung zeigt, die eine eukaryotische Zelle zwischen zwei Zellteilungen durchläuft. Die Kreisform ist kein Zufall: Sobald eine Zelle die Teilung abgeschlossen hat, beginnen beide Tochterzellen denselben Zyklus von Neuem – ein Zellzyklus-Diagramm hat deshalb weder echten Anfang noch echtes Ende, sondern nur eine geschlossene Schleife. Wer die Phasen des Zellzyklus richtig lesen will, muss vor allem darauf achten, wie viel Kreisfläche jede Phase tatsächlich einnimmt, denn diese Proportionen tragen reale biologische Bedeutung darüber, wie eine sich teilende Zelle ihre Zeit verbringt.

Was das Zellzyklus-Diagramm zeigt

Das Diagramm teilt den Kreis in zwei große Abschnitte: die Interphase, die den überwiegenden Teil der Fläche einnimmt, und die M-Phase, einen vergleichsweise kleinen Ausschnitt für die aktive Zellteilung. Die Interphase selbst gliedert sich in drei Unterphasen – G1, S und G2 –, die für Wachstum, DNA-Replikation und weitere Vorbereitung stehen. Die M-Phase dagegen umfasst die sichtbaren Mechanismen der Teilung: zunächst die Kernteilung, dann die Teilung des Cytoplasmas. Ein vollständiges Diagramm zeigt zusätzlich einen Abzweigpunkt nahe G1, der zu einem separaten Ruhezustand außerhalb der Hauptschleife führt.

Die Phasen des Zellzyklus im Einzelnen

• G1 (Gap 1) – die Zelle wächst, verdoppelt ihre Organellen und durchläuft einen Kontrollpunkt, der die Bereitschaft zur DNA-Replikation prüft.
• S-Phase (Synthese) – die DNA der Zelle wird verdoppelt, sodass jedes Chromosom danach aus zwei identischen Schwesterchromatiden besteht.
• G2 (Gap 2) – die Zelle wächst weiter und stellt Proteine für die Teilung her, bevor ein Kontrollpunkt die fehlerfreie DNA-Verdopplung bestätigt.
• M-Phase (Mitose und Cytokinese) – die Mitose teilt das verdoppelte Kernmaterial über Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase, die Cytokinese teilt anschließend das Cytoplasma in zwei Tochterzellen.
• G0 (Ruhephase) – ein Abzweig vom Hauptzyklus, in dem Zellen die Teilung verlassen und in einen stabilen, nicht-teilenden Zustand übergehen; die meisten reifen Neuronen bleiben dauerhaft in G0.
• G1/S-Kontrollpunkt – prüft Bedingungen wie DNA-Unversehrtheit und ausreichende Zellgröße vor dem Eintritt in die S-Phase.
• G2/M-Kontrollpunkt – bestätigt, dass die DNA-Replikation korrekt und ohne Schäden abgeschlossen wurde, bevor die Mitose beginnt.
• Spindel-Kontrollpunkt – während der Metaphase, bestätigt, dass jedes Chromosom korrekt an den Spindelfasern befestigt ist, bevor die Anaphase erlaubt wird.

Den Kreis richtig lesen: Reihenfolge und Flächenverhältnis

Ein Zellzyklus-Diagramm liest man im Uhrzeigersinn, beginnend bei G1 über S und G2 bis zur M-Phase, bevor der Kreis in der nächsten Zellgeneration wieder bei G1 startet. Die relative Größe jedes Kreisausschnitts ist dabei nicht willkürlich gewählt: Die Interphase sollte einen deutlich größeren Bogen einnehmen als die M-Phase, weil sich teilende Zellen tatsächlich den größten Teil ihrer Zeit mit Wachstum und Vorbereitung verbringen und nicht mit der eigentlichen Teilung. Kontrollpunkte sollten als einzelne Punkte am Kreisrand markiert werden, nicht als eigene Phasen mit Dauer, da jeder von ihnen einen kurzen Prüfschritt darstellt. Der G0-Zweig sollte sichtbar vom Hauptkreis abzweigen, nahe G1, da eine Zelle in G0 sich gerade nicht auf dem Weg zur Teilung befindet.

Häufige Fehler beim Lesen und Zeichnen

Der verbreitetste Irrtum ist die Annahme, die Mitose (M-Phase) nehme den größten Teil des Zellzyklus ein – vermutlich weil sie am dramatischsten dargestellt wird. Tatsächlich macht die Interphase bei den meisten sich teilenden menschlichen Zellen rund 90 Prozent der gesamten Zykluszeit aus, während die M-Phase vergleichsweise kurz abläuft. Ein zweiter häufiger Fehler ist das komplette Weglassen von G0, wodurch der Zyklus wie eine geschlossene Schleife ohne Ausgang wirkt, obwohl G0 für Zelltypen wie Neuronen ein eigenständiger, biologisch bedeutsamer Zweig ist. Ein dritter Fehler ist die Verwechslung der Kontrollpunkte untereinander – etwa den G1/S-Kontrollpunkt, der die Replikationsbereitschaft prüft, mit dem Spindel-Kontrollpunkt zu vermischen, der die korrekte Chromosomenanheftung während der Metaphase überwacht.

Zellzyklus vs. Mitose: Wo liegt der Unterschied?

Der Zellzyklus und die Mitose werden häufig verwechselt, weil die Mitose Teil des Zellzyklus ist – beide arbeiten jedoch auf unterschiedlichen Detailebenen. Der Zellzyklus ist der vollständige, kreisförmige Prozess einschließlich Wachstum und DNA-Replikation während der Interphase sowie der Teilung selbst. Ein Mitose-Diagramm zoomt dagegen nur in den M-Phase-Ausschnitt dieses Kreises hinein und gliedert ihn weiter in Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Abzugrenzen ist beides zudem von der Meiose, einer speziellen Form der Zellteilung, die ausschließlich der Bildung von Keimzellen (Ei- und Samenzellen) dient und nicht Teil des gewöhnlichen Zellzyklus somatischer Zellen ist, den ein typisches Zellzyklus-Diagramm zeigt.