Le proteine svolgono un ruolo chiave nel determinare la struttura fisica di un cromosoma. Le più abbondanti di queste sono piccole, caricate positivamente e vengono definite istoni. La carica positiva consente loro di associarsi strettamente al DNA caricato negativamente.

Durante alcuni stadi del ciclo cellulare, il DNA è avvolto strettamente intorno a specifici tipi di istoni, e forma strutture chiamate nucleosomi. I nucleosomi sono spesso descritti come perle su una stringa di DNA. Un nucleosoma consiste di alcuni elementi chiave:il primo elemnto è un ottamero di proteine istoniche, due molecole ciascuna di H2A, H2B, H3 e H4.Un nucleosoma, inoltre, ha una lunghezza di 145-147 paia di basi di DNA avvolte intorno all'ottamero istonico quasi due volte.

Insieme, l'ottamero istonico e il DNA avvolto intorno ad esso vengono definiti particella di nucleo nucleosomico. Ciascuno degli istoni nella particella di nucleo nucleosomica ha una piccola coda carica positivamente costituita da di 11 a 27 amminoacidi. Le code si estendono dalla particella nucleo nucleosomica e aiutano a mantenere il DNA e gli istoni associati caricati negativamente.

Inoltre, le code istoniche possono interagire con le code dalle particelle nucleairi vicine, il che facilita il confezionamento del DNA. Un quinto tipo di istone, H1, gioca un ruolo chiave nella struttura nucleosomica, anche se non fa parte della particella nucleo nucleosoma. H1 si lega al DNA dove si unisce e poi lascia l'ottamero, agendo come stabilizzatore per mantenenere il DNA in posizione.

Infine, il nucleosoma comprende anche il tratto del DNA linker adiacente alla particella del nucleo nucleosomico. Il DNA linker che separa ogni particella nucleare può variare in lunghezza, tra i vari tipi di cellule, da circa 30 a 40 coppie di basi. Mentre i termini nucleosoma"e particella nucleo nucleosomica"sono spesso utilizzati in modo intercambiabile, il nucleosoma in realtà si riferisce alla particella nucleo nucleosomica e al DNA linker adiacente.

Complessivamente, i nucleosomi sono in grado di ridurre una lunga molecola di DNA, ad un filo di cromatina lungo circa un terzo della sua lunghezza originale.