Les nucléosomes sont les particules de l’ADN qui sont responsables de la compaction et de la transcription, et peuvent également porter des informations héréditaires. Chaque nucléosome mesure environ 10 nm de diamètre et se compose de brins d’ADN enroulés en spirale autour d’un noyau de protéine simple appelé histone. Les nucléosomes sont situés dans le noyau d’une cellule et, lorsqu’ils sont attachés à l’ADN, forment l’une des sept formes de chromatine.
Lorsque les nucléosomes s’attachent à des brins d’ADN en tant que sous-unités répétitives, la structure ressemble à un chapelet de billes. Sous cette forme, l’ADN subit une transcription active, le processus par lequel l’ADN est converti en ARN. L’ADN n’est pas converti directement en protéines afin d’éviter les erreurs et la contamination.
La structure du nucléosome est centrée autour de la protéine histone. L’histone est une protéine simple avec des concentrations élevées d’acides aminés, qui sont les éléments de base des gènes. Chaque noyau d’histone contient des paires de chacun des quatre types de protéines d’histone, qui forment l’octomère d’histone. Autour de l’octomère d’histone enveloppent 146 paires de bases d’ADN sous sa forme superhélicoïdale, formant ensemble le nucléosome.
Les nucléosomes sont le conditionnement de l’ADN dans le noyau d’une cellule, et la structure de signature est ce qui détermine l’accessibilité de l’ADN. Les produits chimiques responsables de la transcription ne peuvent pas se connecter à la chromatine si un nucléosome gêne, donc les protéines de transcription doivent d’abord expulser complètement le nucléosome ou le faire glisser le long de la molécule d’ADN jusqu’à ce que la chromatine soit exposée. Une fois que cette portion d’ADN est transcrite en ARN, les nucléosomes peuvent retourner à leur emplacement d’origine.
S’il était allongé en ligne droite, l’ADN de chaque noyau de mammifère mesurerait environ deux mètres de long, mais le noyau d’une cellule de mammifère mesure à peine 10 micromètres de diamètre. C’est l’action complexe de repliement des nucléosomes qui permet à l’ADN de s’intégrer dans le noyau. L’aspect perles sur une chaîne provient de l’ADN de liaison qui relie chaque nucléosome pour former une fibre d’environ 10 nm de diamètre. En présence de l’histone H1, des chaînes répétitives de nucléosomes peuvent former des chaînes de 30 nm de diamètre, avec un rapport de tassement beaucoup plus dense. La présence de H1 dans le noyau du nucléosome entraîne une efficacité d’emballage plus élevée, car les protéines voisines réagissent pour initier des séquences de repliement et de bouclage qui permettent de contenir tant d’informations dans un si petit paquet. Même aujourd’hui, le mécanisme d’emballage exact initié par les nucléosomes n’est pas entièrement compris.