RNA链的合成方向是5′→3′。以DNA为模板的RNA聚合酶称为DNA指导的RNA聚合酶，广泛存在于所有的生命体和多种病毒中，负责RNA初级转录本的合成，这一过程称为转录，因此该酶也被称为转录酶。转录酶于1960年发现，2006年的诺贝尔化学奖授予了美国生物化学家R.科恩伯格^[注]，以表彰其详细解析了RNA聚合酶在转录过程中作用的分子细节。以RNA为模板的RNA聚合酶称为RNA指导的RNA聚合酶，存在于仅含有RNA为遗传物质的RNA病毒中，负责该类病毒RNA的复制过程。

具有很复杂的结构，是由多个蛋白质亚基组成的复合酶，负责信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转移RNA（tRNA）、微RNA（microRNA; miRNA）及核酶等的从头合成，转录酶在转录过程中具有解旋酶的功能。

细菌的RNA聚合酶由5种不同的亚基组成，包括α、β、β′、ω和σ亚基（图1、图2）。其中，α、β、β′和ω亚基在不同细菌中的分子量恒定，分别为40000、155000、160000和9000千道尔顿，而σ亚基的大小有较大变动，分布在32000～92000。α亚基在核心酶中有2个拷贝，每一个α亚基含有氨基端的N端结构域（NTD）和羧基端的C端结构域（CTD），NTD负责转录酶的组装，CTD负责与启动子处DNA序列的结合和与调控因子的结合。β亚基由rpoB编码，包含剩余的与RNA合成相关的活性位点，也可与DNA和转录中的RNA相结合。β′亚基是碱性蛋白，由rpoC基因编码，包含部分RNA合成所需的活性中心，并可以与DNA和转录中的RNA通过静电引力相结合。ω亚基有助于转录酶的组装和稳定。相关的活性中心σ亚基引导RNA聚合酶识别并稳定结合到启动子区域，起始RNA的转录（图2），因此σ亚基被称为起始亚基。胞内具有多种σ亚基，不同的σ亚基负责特定类型的RNA的转录。σ亚基和其他肽链的结合不是很牢固。当σ亚基脱离全酶后，剩下的β′βα₂ω称为核心酶。核心酶α₂ββ′不能起始RNA的合成，只负责RNA链的延长。

图1 三域生物中RNA聚合酶的组成

图2 细菌中RNA聚合酶组装过程示意图

真核生物的RNA聚合酶主要有3类，包括RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，相对分子质量都在500000千道尔顿左右，通常有8～14个亚基（图1）。这三类RNA聚合酶分别负责不同类型RNA的转录。其中，RNA聚合酶Ⅰ负责45S rRNA（酵母中为35S rRNA）的转录，转录后加工生成5.8S rRNA、18S rRNA和 28S rRNA，是形成核糖体的主要组分。RNA聚合酶Ⅱ负责所有mRNA，以及绝大多数核小RNA（snRNA）和microRNA的转录，由于该类RNA的转录需要大量的转录因子结合到启动子上，存在很多的转录调控，因此聚合酶Ⅱ的研究最为透彻。RNA聚合酶Ⅲ负责转录tRNA、5S rRNA和胞质或者核内小RNA等。另外，还发现了几种其他类型的转录酶。转录酶Ⅳ，在植物中负责合成干扰小RNA（siRNA），转录酶Ⅴ参与植物中siRNA指导的异染色质的合成，真核生物叶绿体中和线粒体中各含有一类单亚基转录酶。古菌的RNA聚合酶种类只有1种，负责所有RNA的转录，但组成要远比细菌的复杂，其结构非常类似于真核生物的RNA聚合酶Ⅱ（图1）。

古菌的RNA聚合酶早在1971年就已经从极端嗜盐古菌（Halobacterium cutirubrum）中得到分离和纯化，硫化叶菌的RNA聚合酶晶体结构显示该酶具有13个亚基。古菌转录酶在发挥作用时只需要两个通用转录因子，即TATA结合蛋白质（TBP）和转录因子B（TFB）。多数病毒编码的转录酶是单亚基RNA聚合酶，其结构与植物的叶绿体和线粒体的RNA聚合酶比较类似。

又称RNA复制酶，负责以病毒RNA为模板，是催化三磷酸核苷为底物合成RNA的酶。该酶存在于以RNA为遗传物质的RNA病毒中，包括含有正链RNA的RNA病毒，含有负链RNA的RNA病毒和含有双链RNA的RNA病毒等。由于RNA复制酶缺乏校对功能，因此RNA复制时有一定的错误率。以正链RNA病毒的RNA的复制过程为例，RNA复制分为两个阶段：原正链RNA通过碱基互补配对原则合成与其序列互补的负链RNA；以合成的负链RNA为模版合成与原正链RNA序列相同的RNA链，从而完成RNA的复制。