После связывания с ДНК РНК-полимераза начинает синтезировать цепь РНК, используя в качестве материала рибонуклеозид-5'-трифосфаты (АТФ, ГТФ, УТФ и ЦТФ) и высвобождая пирофосфат: (NMP)n + NTP 6 (NMP)n+1 + PPi, где N обозначает произвольное основание.
Для активации РНК-полимераз нужны также ионы Mg2+. Новые цепи РНК имеют строго определенную структуру 5'-конца: молекулы начинаются либо с pppA, либо с pppG, чья 5'-трифосфатная группировка (обозначаемая ppp) не расщепляется до пирофосфата и остается без изменений на протяжении всего процесса транскрипции. В отличие от синтеза ДНК затравка для синтеза РНК не нужна, и новые цепи РНК образуются de novo. РНК-полимераза движется вдоль транскрибируемой цепи ДНК в направлении 3' 6 5', при этом строящаяся молекула РНК растет в длину в направлении 5' 6 3' со скоростью 30 нуклеотидов/с. Максимальная скорость элонгации составляет 50 нуклеотидов/с. В процес се транскрипции нуклеосомная структура хроматина эукариот локально разрушается, но после прохождения РНК-полимеразы, вероятно, быстро восстанавливается.
У прокариот существуют два типа последовательностей ДНК, необходимые для остановки транскрипции, - r-зависимые и r-независимые терминаторы. Процесс терминации у первых зависит от наличия небольшого (55 кДа) белка, называемого фактор r. Оба типа терминаторов представляют собой инвертируемые повторы, или палиндромы, т.е. последовательности которых прочитываются одинаково как в прямом, так и в обратном направлении, а у r-независимых терминаторов на коце РНК всегда имеется небольшой отрезок из остатков У. Наличие палиндромов приводит к формированию вторичных структур типа "крест" в двухцепочечной ДНК и типа "шпилька" в одноцепочечной РНК (рис. 124).
Шпилька, возникающая в синтезируемой РНК в месте палиндрома, заставляет РНК-полимеразу двигаться медленнее или останавливаться (продолжительность паузы сильно варьирует, но в среднем на обычном терминаторе фермент останавливается на 1 мин). На r-независимых терминаторах остановка РНК- полимеразы создает благоприятные условия для отделения РНК-транскрипта из комплекса с ДНК-матрицей, поскольку гибридная пара У-А характеризуется очень слабими комплементарными взаимодействиями. В случае r-зависимого терминатора фактор r- связывается с 5'-концом синтезирующейся РНК, а затем продвигается вдоль нее, используя для этого энергию гидролиза любых трифосфатрибонуклеотидов (Рис. 125).
Остановка РНК-полимеразы на терминаторе позволяет r-фактору догнать ее. Затем фактор r взаимодействует с РНК-полимеразой, вызывая освобождение РНК и отделение полимеразы и самого фактора от матрицы. Максимальная активность r-фактора достигается уже при его концентрации, составляющей 10% от кол-ва РНК-полимеразы. Различная эффективность терминаторов объясняется разной величиной шпильки, которую они формируют, и , следовательно, разной длительностью остановки РНК-полимеразы. Пока мало что известно о сигналах терминации эукариот. Для эукариотической терминации не нужно образование шпильки. Эукариотические терминаторы практически всегда содержат короткую (4 – 5 нуклеотидов) последовательность из У, расположенную в Г-Ц богатом районе. Механизм терминации на столь коротком сигнале неизвестен. В растущей клетке в среднем 200 млн. нуклеотидов полимеризуются каждую минуту с образованием РНК. Это примерно в 20 раз превышает среднюю скорость синтеза ДНК перед началом деления.