原核生物
细菌和古细菌通常具有单个环状染色体，但染色体大小存在显著变异。大多数细菌染色体的大小从13万个碱基对到 1400 万个碱基对不等 。疏螺旋体属的螺旋体是个例外，仅含有单一线性染色体 。
序列结构
与真核生物相比，原核染色体含有更少的基于序列的结构。细菌通常具有一个复制起点，而一些古菌含有多个复制起点 。原核生物的基因不含内含子，并以操纵子的形式组成基因表达调控单元，这与真核生物也不同。
DNA 包装
原核生物不具有核，它们的 DNA 被组织在一个类核结构中。类核是独特的结构并占据细菌细胞确定的区域。但这种结构是动态的，可被与细菌染色体相关的一系列组蛋白样蛋白的作用来维持和重塑。古细菌染色体中的 DNA 被包装在与真核核小体相似的结构中。 某些细菌还含有质粒或其它染色体外 DNA。这些细胞质环状结构含有细胞 DNA，在水平基因转移中发挥作用。细菌染色体倾向于结合于质膜上， 因此，分子生物学通过离心裂解的细菌以便其从质粒 DNA 中的分离。 与真核生物一样，原核染色体和质粒 DNA 通常是超螺旋的。DNA 转录、调节和复制前必须首先将 DNA 超螺旋链解开。
真核生物
真核生物中的染色体由染色质丝组成。染色质丝由核小体组成（组蛋白八聚体，DNA 链的一部分附着并包裹在其周围）。染色质丝被蛋白质包装成称为染色质的浓缩结构。染色质含有绝大多数的 DNA 和少量的母系遗传获得的如线粒体 DNA。染色质存在于大多数细胞中，除少数例外，例如红细胞。 染色质允许非常长的 DNA 分子进入细胞核。在细胞分裂期间，染色质进一步浓缩以形成显微镜下可见的染色体。染色体的结构随细胞周期而变化。在细胞分裂期间，染色体被复制，分裂并成功传递给它们的子细胞，以确保它们的后代的遗传多样性和存活。染色体可以以复制或非复制的形式存在。未复制的染色体是单个双螺旋，而复制的染色体包含由着丝粒连接的两个相同的双螺旋（其中的任何一个被称为染色单体或姐妹染色单体）。
真核生物（具有细胞核的细胞，例如植物、真菌和动物细胞）具有包含在细胞核中的多个大的线性染色体。每个染色体都有一个着丝粒，一个或两个从着丝点突出的臂。此外，大多数真核生物还有小的环状线粒体染色体，一些真核生物也有额外的小环状或线性细胞质染色体。 在真核生物的核染色体中，未浓缩的DNA以半有序结构存在，被包裹在组蛋白（结构蛋白）周围，形成称为染色质的复合结构。
间期染色质
在细胞不分裂的间期，存在两种类型的染色质：常染色质，由具有活性的 DNA 组成； 异染色质，主要由无活性的 DNA 组成，似乎在染色体阶段起到结构性作用。异染色质可进一步区分为两种类型： 组成型异染色质，位于着丝粒周围，通常包含重复序列，从未表达；兼性异染色质，有时表达。
中期染色质
在有丝分裂或减数分裂（细胞分裂）的早期，染色质双螺旋变得越来越浓缩。此时的染色体不再是可以进入的遗传物质（转录停止），而是一种紧凑的可运输的结构，形成经典的四臂结构，一对姐妹染色单体在着丝粒处相互连接。较短的手臂被称为 p 臂，较长的手臂称为 q 手臂 。这个时期是用光学显微镜观察单个染色体的最佳时间。 有丝分裂中期的染色体是线性的纵向压缩的连续的染色质组成的环 。在有丝分裂期间，微管从着丝点生长，并且通过被称为动粒的特殊结构附着到着丝点上。每个染色单体具有自己的动粒，反向附着于有丝分裂纺锤体的两极。在从中期到后期的过渡之中，微管将染色单体拉向着丝粒，使每个子细胞继承一组染色单体。一旦细胞分裂，染色单体就会被解开，DNA 可以再次被转录。染色体结构上的高度浓缩，使得这些巨大的 DNA 结构能够包含在细胞核内。
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