Белки играют ключевую роль роль в определении физической структуры хромосомы. Наиболее ораспространённые из них небольшие, положительно заряженные белки называются гистонами. Этот положительный заряд позволяет их тесным образом ассоциировать с отрицательно заряженной ДНК.

На определенных этапах цикла клетки, ДНК плотно намотаны вокруг конкретных гистонов, формируя структуры, которые называются нуклеосомами. Нуклеосомы часто сравнивают с бисером на нитях ДНК Нуклеосома состоит из нескольких ключевых элементов. Первый из этих это октамер белков гистона, по две молекулы каждого из H2A, H2B, H3 И H4.Далее, нуклеосома также имеет от 145 до 147 пар оснований, и ДНК намотана вокруг белка октамера почти вдвое.

Вместе, гистон Октамер и ДНК вокруг него известны как частица ядра нуклеосомы. Каждый из гистонов в ядре нуклеосомы содержит небольшой, положительный заряженный хвост, включающий от 11 до 27 аминокислот. Хвосты выдвигаются наружу из частицы ядра нуклеосомы и помогают в удержании отрицательно заряженной ДНК и связанных с ней гистонов.

Кроме того, гистонные хвосты могут взаимодействовать с хвостами соседних частиц ядра, кчто облегчает упаковку ДНК. Пятый тип гистона, H1, играет ключевую роль в нуклеосомной структуре, хотя он не является частью ядра нуклеосомы. Н1 связывается с ДНК, где она присоединяется, и лоставляет октамер, действующий в качестве зажима, удерживая ДНК на месте.

Наконец, нуклеосома также включает в себя растяжку линкерной ДНК, прилегающей к частице ядра нуклеосомы. Линкерная ДНК, которая отделяет каждую частицу ядра может отличаться по длине, от от 30 до 40 пар оснований между типами клеток. А термины нуклеосома"и ядерная частица нуклеосомы"часто используются как взаимозаменяемые, на самом деле нуклеосома относится к ядерной частице нуклеосомы и соседней линкерная ДНК.

В целом нуклеосомы способны сокращать длинную ДНК молекулу в нить хроматина, которая составляет около одной трети исходной длины.