Se tutto il DNA contenuto in una delle tue cellule venisse srotolato raggiungerebbe circa i due metri di lunghezza; il nucleo di una cellula, però, ha un diametro di soli 5 μm (cioè di 0,000 005 m). Tutto questo DNA può essere contenuto in uno spazio così piccolo grazie a un complesso meccanismo di ripiegamenti e avvolgimenti che prende il nome di spiralizzazione (▶figura 6).

La spiralizzazione del DNA è possibile grazie alla presenza di proteine chiamate istoni che interagiscono con il DNA formando un complesso detto nucleosoma. Come puoi vedere nella ▶figura 6, il filamento di DNA associato agli istoni assomiglia a una collana di perle in cui ogni perla è costituita da un singolo nucleosoma; i nucleosomi sono collegati da brevi tratti di DNA chiamati linker, che nella nostra analogia rappresentano il filo tra le perle della collana.

Nella parte alta della figura puoi vedere che la doppia elica ha un diametro di 2 nm e non presenta ripiegamenti. Il primo livello di spiralizzazione corrisponde ai nucleosomi; nel secondo livello di spiralizzazione, la collana di perle si avvolge su sé stessa formando una fibra elicoidale compatta (di circa 30 nm di spessore). Un ulteriore riavvolgimento di questa fibra origina una struttura più spessa con un diametro di circa 300 nm. Altri ripiegamenti compattano ancora di più il DNA, come puoi vedere nella foto in basso che mostra un cromosoma in metafase. Nel suo insieme, la figura spiega come successivi livelli di avvolgimento e ripiegamento consentano al nucleo della cellula di contenere un’enorme quantità di DNA.

Durante la mitosi e la meiosi, la condensazione del DNA raggiunge il livello massimo e diventa possibile osservare i cromosomi. Per tutta la durata della sottofase G₁, infatti, i cromosomi non sono visibili come corpi compatti e distinti perché formano un unico, denso groviglio di filamenti detto cromatina. Subito prima della sottofase S, nel nucleo di una cellula eucariotica è presente un numero preciso di cromosomi; per esempio, tutte le cellule del corpo umano (a eccezione, come vedremo, dei gameti) contengono 46 cromosomi ciascuno dei quali è costituito da una sola molecola di DNA.

Dopo la duplicazione del DNA, che ha luogo durante la sottofase S, ogni cromosoma risulta formato da due molecole di DNA identiche, che prendono il nome di cromatidi fratelli (▶figura 7). I cromatidi fratelli sono costituiti da DNA compattato e avvolto su sé stesso e sono uniti in corrispondenza di una regione centrale chiamata centromero.

Al termine della mitosi, i cromatidi fratelli si separano l’uno dall’altro e si distribuiscono tra le due cellule figlie in modo che ognuna di esse riceva una serie completa e identica di cromosomi. Nella specie umana, per esempio, ogni cellula in divisione possiede 46 cromosomi doppi e ciascuna delle due cellule figlie riceverà 46 cromosomi singoli.