Prokaryoten kunnen genexpressie regelen via operons – DNA-sequenties die bestaan uit regulerende elementen en geclusterde, functioneel gerelateerde eiwitcoderende genen. Operons gebruiken een enkele promotorsequentie om de transcriptie van een gencluster (dwz een groep structurele genen) naar een enkel mRNA-molecuul te initiëren. De terminatorsequentie beëindigt de transcriptie. Een operatorsequentie, gelokaliseerd tussen de promotor en structurele genen, verbiedt de transcriptionele activiteit van de operon indien gebonden door een repressoreiwit. Alles bij elkaar vormen de promotor, operator, structurele genen en terminator de kern van een operon.
Operons zijn meestal ofwel induceerbaar ofwel onderdrukbaar. Induceerbare operons, zoals het bacteriële lac operon, zijn normaal gesproken 'uit' maar gaan 'aan' in de aanwezigheid van een klein molecuul dat een inductor wordt genoemd (bijv. Allolactose). Wanneer glucose afwezig is, maar lactose aanwezig is, bindt allolactose de lac operon repressor en deactiveert deze; waardoor het operon enzymen kan genereren die verantwoordelijk zijn voor het lactosemetabolisme.
Onderdrukbare operons, zoals het bacteriële trp- operon, zijn meestal 'aan' maar gaan 'uit' in de aanwezigheid van een klein molecuul dat een corepressor wordt genoemd (bijvoorbeeld tryptofaan). Wanneer tryptofaan – een essentieel aminozuur – in overvloed aanwezig is, bindt tryptofaan en activeert het de trp- repressor, waardoor het operon geen enzymen aanmaakt die nodig zijn voor zijn synthese.
Operons kunnen ook constitutief (dwz continu) actief zijn. Bacteriële ribosomale RNA (rRNA) -operons zijn bijvoorbeeld altijd "aan" omdat rRNA's constant nodig zijn voor translatie.
Andere regulerende elementen dragen ook bij aan de gecoördineerde genexpressie van een operon. Regulerende genen coderen voor transcriptionele activator- of repressoreiwitten. De lacI- en trpR-genen coderen bijvoorbeeld voor hun respectievelijke operon-repressors. Aanvullende regulerende sequenties, zoals de bindingsplaats van het katabolietactivatorproteïne (KAP) van lac operon, verschaffen bindingsplaatsen voor andere activatoren of repressoren. Wanneer het glucoseniveau bijvoorbeeld laag is, activeert een signaalmolecuul (dwz cyclisch AMP) KAP – waardoor het de KAP-site kan binden, RNA-polymerase kan rekruteren en lac-operon-transcriptie kan initiëren.
