Les procaryotes peuvent contrôler l’expression des gènes au moyen d’opérons — des séquences d’ADN composées d’éléments régulatoires et de gènes codant des protéines regroupés en cluster et fonctionnellement liés. Les opérons utilisent une seule séquence de promoteur pour initier la transcription d’un cluster de gènes (c.-à-d. un groupe de gènes structurels) en une seule molécule d’ARNm. La séquence de terminateur met fin à la transcription. Une séquence d’opérateur, située entre le promoteur et les gènes structurels, interdit l’activité transcriptionnelle de l’opéron si elle est liée par une protéine répresseur. Ensemble, le promoteur, l’opérateur, les gènes structurels et le terminateur forment le noyau d’un opéron.

Les opérons sont généralement inductibles ou répressibles. Les opérons inductibles, comme l’opéron bactérien lac, sont normalement “ éteints ” mais vont “ s’allumer ” en présence d’une petite molécule appelée inducteur (p. ex., l’allolactose). Lorsque le glucose est absent, mais que le lactose est présent, l’allolactose lie et inactive le répresseur de l’opéron lac, ce qui permet à l’opéron de générer des enzymes responsables du métabolisme du lactose.

Les opérons répressibles, tels que l’opéron bactérien trp, sont habituellement “ allumés ” mais vont “ s’éteindre ” en présence d’une petite molécule appelée corépresseur (p. ex., le tryptophane). Lorsque le tryptophane, un acide aminé essentiel, est abondant, le tryptophane se lie et active le répresseur trp, empêchant l’opéron de fabriquer les enzymes nécessaires à sa synthèse.

Les opérons peuvent également être constitutivement (c.-à-d. continuellement) actifs. Par exemple, les opérons d’ARN ribosomiques (ARNr) bactériens sont toujours “ allumés ” parce que les ARNr sont constamment nécessaires à la traduction.

D’autres éléments régulatoires contribuent également à l’expression coordonnée des gènes d’un opéron. Les gènes régulatoires codent les protéines d’activateur ou de répresseur transcriptionnel. Les gènes lacI et trpR, par exemple, codent pour les répresseurs de leurs opérons respectifs. D’autres séquences régulatrices, telles que le site de liaison de la protéine activateur de catabolite (CAP) de l’opéron lac, fournissent des sites de liaison pour d’autres activateurs ou répresseurs. Par exemple, lorsque le glucose est bas, une molécule de signalisation (c.-à-d. l’AMP cyclique) active la CAP, ce qui lui permet de se lier au site de CAP, d’enrôler de l’ARN polymérase et d’initier la transcription de l’opéron lac.