La organización de los genes procariotas en su genoma es notablemente diferente a la de los eucariotas. Los genes procariotas están organizados, de tal manera que los genes de las proteínas involucradas en el mismo proceso bioquímico o función se encuentran juntos en grupos. Este grupo de genes, junto con sus elementos reguladores, se conocen colectivamente como un operón. Los genes funcionales de un operón se transcriben juntos para dar una sola hebra de ARNm conocida como ARNm policistrónico.
La transcripción de genes procariotas en un operón está regulada por dos tipos de proteínas de unión al ADN conocidas como activadores y represores. Los activadores se unen al promotor, el sitio de inicio de la transcripción, y ayudan en la unión de la ARN polimerasa, la enzima clave involucrada en la transcripción. Los represores se unen a los operadores, secuencias reguladoras cortas en el operón entre el promotor y los genes, e inhiben la unión de la ARN polimerasa al promotor.
Un prerrequisito estructural para los activadores y promotores es que deben ser capaces de existir en dos conformaciones alternativas, una en la que puedan unirse al ADN y otra en la que no. Otro rasgo característico específico de los activadores es que tienen dos superficies de unión para unirse simultáneamente tanto a la ARN polimerasa como al ADN. Este reclutamiento de las dos moléculas acerca la polimerasa al promotor y ayuda a su unión. Los activadores no tienen ningún papel catalítico que desempeñar en la transcripción y su función se limita a facilitar la unión de la enzima y el ADN. En ausencia de un activador, la ARN polimerasa aún puede unirse al ADN y mostrar bajos niveles de expresión. Si un represor está presente en este sistema, entonces se impide la expresión basal de ese gen.
La regulación de la expresión de los genes procariotas depende en gran medida de la disponibilidad de nutrientes y de las necesidades de los organismos. Estos nutrientes controlan la unión de los activadores y represores al operón y aseguran que solo se exprese el conjunto requerido de genes. Por ejemplo, la presencia de triptófano en una célula conduce a su unión a un represor que impide la transcripción del operón trp y la posterior producción de triptófano.
