Os procariotas podem controlar a expressão genética através de operões—sequências de DNA que consistem em elementos regulatórios e genes de codificação de proteínas agrupados e funcionalmente relacionados. Os operões usam uma única sequência de promotores para iniciar a transcrição de um aglomerado genético (ou seja, um grupo de genes estruturais) em uma única molécula de mRNA. A sequência de terminação finaliza a transcrição. Uma sequência de operador, localizada entre o promotor e genes estruturais, proíbe a atividade transcricional dos operões se estiver ligada a uma proteína repressora. Juntos, o promotor, o operador, os genes estruturais e a terminação formam o núcleo de um operão.

Os operões são geralmente indutíveis ou repressíveis. Operões indutíveis, como o operão bacteriano lac, estão normalmente “desligados”, mas “ligam” na presença de uma pequena molécula chamada indutor (por exemplo, alolactose). Quando a glicose está ausente, mas a lactose está presente, a alolactose liga-se e inativa o repressor do operão lac—permitindo que o operão produza enzimas responsáveis pelo metabolismo da lactose.

Operões repressíveis, como o operão bacteriano trp, estão geralmente “ligados”, mas “desligam” na presença de uma pequena molécula chamada correpressor (por exemplo, triptofano). Quando o triptofano—um aminoácido essencial—é abundante, o triptofano liga-se e ativa o repressor de trp—impedindo que o operão produa enzimas necessárias para a sua síntese.

Os operões também podem ser constitutivamente (ou seja, continuamente) ativos. Por exemplo, os operões de RNA ribossómico (rRNA) bacteriano estão sempre “ligados” porque os rRNAs são constantemente necessários para tradução.

Outros elementos regulatórios também contribuem para a expressão genética coordenada de um operão. Genes regulatórios codificam proteínas ativadoras ou repressoras da transcrição. Os genes lacI e trpR, por exemplo, codificam para os seus respectivos operões repressores. Sequências regulatórias adicionais, como o local de ligação da proteína ativadora de catabolitos (CAP) do operão lac, fornecem locais de ligação para outros ativadores ou repressores. Por exemplo, quando a glicose está baixa, uma molécula de sinalização (ou seja, AMP cíclico) ativa o CAP—permitindo que ela ligue o local CAP, recrute a RNA polimerase e inicie a transcrição do operão lac.