La quantità di DNA negli eucarioti è enormemente più grande che nei procarioti, anche se vi sono tantissimi segmenti ripetuti, molti dei quali apparentemente non utilizzati. Inoltre il DNA negli eucarioti mostra un’organizzazione molto più complessa, essendo strettamente associato a proteine che determinano la struttura del cromosoma, influenzando, di conseguenza, l’espressione genica.
L’associazione di DNA e proteine nel nucleo cellulare è indicata col nome di cromatina (per la sua sensibilità ai coloranti), di cui le proteine rappresentano oltre il 50% in peso. La maggior parte di queste è rappresentata da piccoli polipeptidi, detti istoni, che svolgono un ruolo fondamentale nel ripiegamento e nell’avvolgimento del DNA.
Si distinguono cinque tipi di istoni contenuti nel nucleo, quattro dei quali possiedono strutture assai simili anche in organismi sensibilmente diversi e sono presenti in quantità doppia rispetto agli istoni del quinto tipo. Tali proporzioni risultano facilmente comprensibili esaminando la struttura dell’unità fondamentale della cromatina, il nucleosoma, costituito da una parte centrale, formata da otto molecole istoniche, due per ogni tipo, attorno alle quali è avvolto il DNA, e da una proteina istonica (Istone H1) di tipo diverso rispetto a quelle interne.
I nucleosomi posti in sequenza costituiscono una sorta di «collana di perle», che, riavvolgendosi su sé stessa, forma una fibra che, a sua volta, si ripiega in domini ad ansa spiralizzati, i quali si condensano fino a
costituire il cromosoma.
La cellula eucariote, contrariamente a quella procariote, esprime solo la piccola parte del suo DNA che viene permanentemente attivata nel corso del differenziamento cellulare. Questo processo consente a cellule dotate dello stesso patrimonio genetico, in quanto generate dal medesimo zigote, di differenziarsi, assumendo nell’organismo funzioni completamente diverse.
Numerose prove hanno dimostrato che l’espressione genica è strettamente collegata al grado di condensazione della cromatina. Colorando il nucleo cellulare, infatti, si possono distinguere zone in cui la cromatina è più densa, dotate di colorazione più accentuata, indicate come eterocromatina, e zone colorate più debolmente, caratterizzate da una maggiore dispersione della cromatina, denominate eucromatina. Naturalmente, il processo di trascrizione e la conseguente espressione di un gene dipendono dal grado di accessibilità del gene stesso, per cui la parte di DNA che ogni cellula esprime è limitata alla porzione di eucromatina.