Faits:
A. Par délibération du 20 février 2007, le Conseil municipal de la ville de Genève (ci-après: le Conseil municipal) a adopté le règlement relatif aux plans d'utilisation du sol de la ville de Genève (ci-après: le règlement ou le RPUS). Le plan annexé prévoit un découpage de la ville en trois secteurs: la première zone comprend la vielle ville, la deuxième est composée de trois sous-secteurs couvrant tous les quartiers de la ville hormis les zones faisant l'objet de plans localisés de quartier, ces dernières étant attribuées à la troisième zone. Pour chaque secteur et sous-secteur est prescrit un taux minimal de logements et d'espaces verts applicable à toute nouvelle surface brute de plancher supplémentaire obtenue par des transformations de bâtiments ou des constructions nouvelles. Sont prévus un taux de 50 % de logements dans le secteur 1, un taux de 80 % dans les secteurs 2.1, 2.2 et 2.3 accompagné d'un taux de 35 % et 40 % d'espaces verts dans les secteurs 2.2 et 2.3. Pour le secteur 3, le plan renvoie aux plans localisés de quartiers. Le règlement prévoit également le maintien de l'affectation des constructions existantes.
B. Le RPUS est l'aboutissement d'un long processus qui trouve son origine dans une initiative populaire pour la protection de l'habitat et contre les constructions abusives. A la suite de cette initiative, le Grand Conseil a adopté, le 21 avril 1983, les art. 15A à 15F de la loi cantonale du 9 mars 1929 sur l'extension des voies de communication et l'aménagement des quartiers ou localités (LExt) en reprenant les principes contenus dans l'initiative. Ces dispositions légales ont été approuvées en votation populaire le 26 juin 1983.
Le Conseil administratif de la ville de Genève (ci-après: le Conseil administratif) a ensuite élaboré un projet de règlement transitoire relatif aux plans d'utilisation du sol (ci-après: le règlement transitoire ou le RTPUS) qui a été soumis à enquête publique du 9 novembre au 9 décembre 1987. Ce règlement a été adopté le 21 juin 1988 par le Conseil municipal et approuvé par arrêté du Conseil d'Etat le 24 août 1988. Par trois arrêts des 24 mai 1989, 22 novembre 1989 et 28 mars 1990, le Tribunal administratif du canton de Genève (ci-après: le Tribunal administratif) a rejeté trois recours déposés contre le règlement transitoire. Sur recours de droit public, le Tribunal fédéral a confirmé l'arrêt du Tribunal administratif du 24 mai 1989 (<ref-ruling>).
Parallèlement à l'adoption du règlement transitoire, la ville de Genève a élaboré un projet de RPUS. Le 29 novembre 1989, le Conseil administratif a déposé auprès du Conseil municipal un avant-projet destiné à compléter et remplacer le règlement transitoire en y incluant des chapitres fixant les indices d'utilisation du sol ainsi que des taux d'espaces verts par secteurs. Ce projet a été soumis à enquête publique du 17 novembre au 18 décembre 1989. Il a suscité trente-six lettres d'observations. A la suite de l'enquête, le Conseil administratif a apporté des amendements au projet, notamment celui consistant à porter de 70 à 80 % les taux de surfaces brutes de plancher supplémentaires dévolues au logement. Une nouvelle enquête publique portant sur le projet modifié a eu lieu du 4 octobre au 3 novembre 1991, suscitant vingt lettres d'observations.
Les travaux des commissions municipales se sont poursuivis pour aboutir à un nouveau projet de RPUS qui a été soumis à enquête publique du 18 novembre au 18 décembre 1998, suscitant treize lettres d'observations.
Dans le cadre d'une modification de la loi d'application du 4 juin 1987 de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire (LaLAT) instaurant les plans directeurs communaux, le Grand Conseil a décidé de modifier l'art. 15C LExt en supprimant la possibilité pour les communes de fixer des indices d'utilisation du sol dans le cadre des plans d'utilisation du sol. Cette modification est entrée en vigueur le 25 mars 2003. Le RPUS a été modifié pour tenir compte de cette nouvelle disposition notamment et a finalement été adopté par le Conseil municipal le 20 février 2007.
Le 28 novembre 2007, le Conseil municipal a adressé au Conseil d'Etat un rapport fondé sur l'art. 47 de l'ordonnance du 28 juin 2000 sur l'aménagement du territoire (OAT; RS 700.1), portant sur la conformité du RPUS au droit fédéral et cantonal et répondant aux observations des opposants déposées après l'adoption du règlement.
Le 27 février 2008, le Conseil d'Etat a approuvé le RPUS par arrêté publié dans la Feuille d'Avis officielle (FAO) du 17 mars 2008.
C. La Chambre genevoise immobilière, l'Association des promoteurs constructeurs genevois, la Chambre de commerce, d'industrie et des services de Genève, la Fédération des entreprises romandes, X._, Y._, Z._, ainsi que la Société des régisseurs de Genève (désormais Union suisse des professionnels de l'immobilier Genève) ont recouru ensemble contre l'arrêté du Conseil d'Etat du 27 février 2008.
Par arrêt du 19 mai 2009, le Tribunal administratif a rejeté le recours. Il a considéré en substance que l'écoulement du temps n'imposait pas à lui seul une nouvelle enquête; une obligation de réexamen du RPUS fondée sur un changement sensible des circonstances ne pouvait pas non plus être retenue. S'agissant de l'obligation de prévoir un taux important de surfaces brutes de plancher affectées au logement, le RPUS, qui s'inscrivait dans la continuité du RTPUS, restait dans un rapport raisonnable entre l'objectif visé et les intérêts lésés. Par ailleurs, la règlementation relative aux espaces verts ne s'appliquait pas aux constructions existantes et était conforme à la loi fédérale du 22 juin 1979 sur l'aménagement du territoire (LAT; RS 700) ainsi qu'à l'art. 15B al. 1 LExt. Enfin, les diverses dispositions du RPUS critiquées par les recourants, notamment l'art. 9 PRUS qui porte sur l'affectation des locaux situés au rez-de-chaussée, étaient conformes au droit supérieur.
D. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, la Chambre genevoise immobilière, l'Association des promoteurs constructeurs genevois, la Chambre de commerce, d'industrie et des services de Genève, la Fédération des entreprises romandes, X._, Y._, Z._, ainsi que l'Union suisse des professionnels de l'immobilier Genève (ci-après: les recourants) ont demandé au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt du Tribunal administratif du 19 mai 2009 ainsi que l'arrêté du Conseil d'Etat du 27 février 2008, de constater la non-conformité au droit supérieur du RPUS et de "rejeter" le règlement, subsidiairement de "rejeter" les art. 9, 10, 12 et 13 RPUS. Ils se plaignent d'un déni de justice formel ainsi que de diverses violations du droit fédéral et cantonal.
Le Tribunal administratif s'en rapporte à justice quant à la recevabilité du recours et persiste dans les considérants et le dispositif de son arrêt. Le Conseil d'Etat s'en rapporte également à justice en ce qui concerne la recevabilité du recours et demande au Tribunal fédéral de rejeter le recours et confirmer l'arrêt attaqué. Le Conseil municipal conclut au rejet du recours.
Par courrier du 3 novembre 2009, les recourants ont informé le Tribunal fédéral que le Conseil d'Etat avait approuvé le plan directeur de la ville de Genève par arrêté du 14 octobre 2009, dont ils ont produit une copie en annexe.

Considérant en droit:
1. 1.1 Le recours est dirigé contre un arrêt rendu en dernière instance cantonale confirmant une décision d'approbation d'un règlement communal relatif à un plan d'affectation, au sens des art. 14 ss LAT. Le recours est dès lors en principe recevable comme recours en matière de droit public selon les <ref-law> et 34 al. 1 LAT, aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> n'étant réalisée (cf. <ref-ruling> consid. 1.1 p. 24).
1. 1.1 Le recours est dirigé contre un arrêt rendu en dernière instance cantonale confirmant une décision d'approbation d'un règlement communal relatif à un plan d'affectation, au sens des art. 14 ss LAT. Le recours est dès lors en principe recevable comme recours en matière de droit public selon les <ref-law> et 34 al. 1 LAT, aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> n'étant réalisée (cf. <ref-ruling> consid. 1.1 p. 24).
1.2 1.2.1 En vertu de l'<ref-law>, peut former un recours en matière de droit public quiconque est particulièrement atteint par la décision attaquée (let. b) et a un intérêt digne de protection à son annulation ou à sa modification (let. c). En matière de plans d'affectation, le recourant doit faire valoir la violation de dispositions qui tendent non seulement à la sauvegarde des intérêts de la collectivité mais aussi, si ce n'est principalement, à la protection de ses propres intérêts (<ref-ruling> consid. 4 p. 379); il doit en outre être personnellement touché par les effets prétendument illicites de la décision attaquée. Le droit de recours n'est ainsi reconnu en règle générale qu'au propriétaire d'un bien-fonds, pour se plaindre que la mise en vigueur du plan porte atteinte à ses droits constitutionnels en réduisant à néant ou en modifiant la portée de règles destinées notamment à protéger ses intérêts, ou en restreignant l'utilisation de son bien (cf. <ref-ruling> consid. 1.3.1 p. 252). Il est sans importance que le fonds soit inclus dans le périmètre du plan ou situé à l'extérieur de celui-ci, mais la qualité pour recourir du propriétaire se limite toujours à la contestation des effets du plan sur son propre fonds (<ref-ruling> consid. 3 p. 91; voir aussi <ref-ruling> consid. 1b p. 194, 433 consid. 2a p. 437; <ref-ruling> consid. 3 p. 387).
Une association a qualité pour recourir à titre personnel lorsqu'elle remplit les conditions posées par l'<ref-law>. De même, conformément à la jurisprudence, sans être elle-même touchée par la décision entreprise, une association peut être admise à agir par la voie du recours en matière de droit public - nommé alors recours corporatif ou égoïste - pour autant qu'elle ait pour but statutaire la défense des intérêts de ses membres, que ces intérêts soient communs à la majorité ou au moins à un grand nombre d'entre eux et, enfin, que chacun de ceux-ci ait qualité pour s'en prévaloir à titre individuel (<ref-ruling> consid. 2.3.3 p. 519; <ref-ruling> consid. 1.2.1 p. 30; <ref-ruling> consid. 2d/aa et les arrêts cités).
1.2.2 La Chambre genevoise immobilière a pour but statutaire la promotion, la représentation et la défense de la propriété foncière dans le canton de Genève; il est constant qu'un grand nombre de ses membres sont propriétaires fonciers à Genève. Par ailleurs, Y._ et X._ sont propriétaires, respectivement superficiaires, d'immeubles sis en ville de Genève. Dans leur écriture, les recourants critiquent les dispositions du règlement qui seraient applicables à leurs bien-fonds, en particulier les normes relatives aux espaces verts et de détente, à l'occupation des surfaces au rez-de-chaussée et à l'exclusion de la conversion de surfaces non affectées au logement en locaux commerciaux. Il apparaît dès lors que la Chambre genevoise immobilière ainsi que Y._ et X._ ont un intérêt digne de protection à l'annulation ou la modification du règlement incriminé et que la qualité pour recourir doit leur être reconnue. La question de la légitimation des autres recourants peut ainsi rester indécise.
1.3 Dans la mesure où les recourants demandent l'annulation de l'arrêté du Conseil d'Etat du 27 février 2008 et le "rejet" du règlement, leur recours n'est pas recevable en raison de l'effet dévolutif du recours déposé auprès du Tribunal administratif (cf. <ref-ruling> consid. 1 p. 441; <ref-ruling> consid. 2a p. 302). Seul l'arrêt du Tribunal administratif peut en effet faire l'objet du recours en matière de droit public (cf. consid. 1.1 ci-dessus).
2. Les recourants ont produit le 3 novembre 2009 une copie de l'arrêté du 14 octobre 2009 relatif à l'approbation du plan directeur de la ville de Genève. En vertu de l'<ref-law>, aucun fait nouveau ni aucune preuve nouvelle ne peut être présenté, à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente. Selon la jurisprudence, seules sont admissibles les preuves que l'instance inférieure aurait dû retenir d'office et dont le défaut d'administration constitue une violation des règles essentielles de procédure (<ref-ruling> consid. 2.1 p. 171), ce qui n'est manifestement pas le cas en l'espèce. Au surplus, les modifications ultérieures de l'état de fait ne peuvent normalement pas être prises en considération, car on ne saurait reprocher à une autorité d'avoir mal constaté les faits, au sens de l'<ref-law>, lorsque ceux-ci ont changé après sa décision (cf. <ref-ruling> consid. 2 p. 497 et les arrêts cités). Dans ces conditions, la pièce nouvelle produite par les recourants ne peut pas être prise en considération.
3. Dans un premier grief, les recourants se plaignent d'un déni de justice formel. Ils font valoir que le Tribunal administratif n'a pas examiné tous les griefs qu'ils avaient soulevés dans leur recours.
3.1 Selon la jurisprudence, l'autorité qui ne traite pas un grief relevant de sa compétence, motivé de façon suffisante et pertinente pour l'issue du litige commet un déni de justice formel proscrit par l'art. 29 al. 1 Cst. (<ref-ruling> consid. 2.3 p. 232; <ref-ruling> consid. 3a p. 117 et les références). De même, la jurisprudence a déduit du droit d'être entendu de l'art. 29 al. 2 Cst. l'obligation pour l'autorité de motiver sa décision, afin que l'intéressé puisse se rendre compte de la portée de celle-ci et l'attaquer en connaissance de cause. La motivation d'une décision est suffisante lorsque l'autorité mentionne, au moins brièvement, les motifs qui l'ont guidée et sur lesquels elle a fondé son raisonnement. L'autorité ne doit toutefois pas se prononcer sur tous les moyens des parties; elle peut se limiter aux questions décisives (<ref-ruling> consid. 4.3 p. 540 et les arrêts cités).
3.2 Les recourants estiment que le Tribunal administratif n'a pas répondu au grief relatif à l'absence de pesée des intérêts, alors qu'ils avaient présenté cet argument dans le cadre de leur recours, bases légales et exemples concrets à l'appui. Au consid. 8 de l'arrêt attaqué, la Cour cantonale a traité la pesée globale des intérêts privés lésés avec l'intérêt public aux restrictions des droits fondamentaux. Elle a notamment exposé que les buts poursuivis par le RPUS répondaient à un intérêt public prépondérant. Il y a donc bien eu dans ce cadre une comparaison des différents intérêts en présence, ce qui autorisait le Tribunal administratif à ne pas se prononcer formellement sur le grief spécifique des recourants. Ceux-ci ont d'ailleurs été en mesure de faire valoir leurs arguments dans leur recours au Tribunal fédéral.
Les recourants se plaignent également de ce que l'arrêt querellé ne traite pas de la non-conformité des règles relatives aux espaces de verdure au regard du droit cantonal supérieur. Le Tribunal administratif a toutefois examiné la question litigieuse au consid. 9 de son arrêt. Il a en particulier relevé, s'agissant de la fixation d'un taux d'espaces verts dans le RPUS, que l'art. 3 al. 3 let. e LAT préconisait de ménager si possible dans le milieu bâti de nombreux espaces plantés d'arbres et aires de verdure; de même, l'art. 15B al. 1 LExt prévoyait expressément que les plans d'utilisation du sol avaient pour but de donner une ligne directrice quant à l'affectation du territoire communal en le répartissant notamment en espaces verts, privés ou publics, y compris les secteurs de détente en nombre et surface suffisants. Ce faisant, le Tribunal administratif a considéré que la règle critiquée était conforme au droit supérieur, droit cantonal compris, et il n'était pas tenu de répondre plus en détail au grief des recourants. La motivation de l'arrêt sur ce point, certes sommaire, est suffisante sous l'angle de l'art. 29 al. 2 Cst., quand bien même elle ne convient pas sur le fond aux recourants.
Enfin, les recourants font valoir que l'arrêt attaqué n'a pas abordé le grief relatif à l'incompatibilité au droit supérieur de l'exclusion de la conversion de surfaces industrielles et artisanales en surfaces commerciales prévue à l'art. 10 RPUS. Il apparaît toutefois que la Cour cantonale a examiné le grief des recourants au consid. 12 de son arrêt, indiquant que le raisonnement développé au consid. 7 trouvait également application dans ce contexte. Elle n'est donc pas restée muette sur cette question et la motivation par renvoi est suffisante en l'espèce pour permettre aux recourants de comprendre le raisonnement suivi par le Tribunal administratif et de l'attaquer en connaissance de cause.
Il résulte de ce qui précède que le Tribunal administratif n'a pas commis de déni de justice formel et que la motivation de l'arrêt entrepris est suffisante au regard de l'art. 29 al. 2 Cst. Mal fondé, le grief doit être rejeté.
4. Les recourants reprochent ensuite à la Cour cantonale d'avoir violé le droit fédéral en relation avec l'enquête publique réalisée en 1998. D'une part les résultats de l'enquête publique n'auraient pas été pris en considération dans le cadre de la procédure d'approbation du règlement, en violation de l'art. 33 al. 1 LAT, et d'autre part la durée de neuf ans entre l'enquête publique et l'adoption du plan serait manifestement disproportionnée.
4.1 Dans la procédure d'aménagement du territoire, la protection juridique individuelle et la garantie du droit d'être entendu sont concrétisées à l'art. 33 al. 1 LAT, en vertu duquel les plans d'affectation doivent être mis à l'enquête publique; les formalités sont pour le surplus réglées par le droit cantonal. Selon la jurisprudence, l'art. 33 LAT exige la mise à l'enquête des plans d'affectation, mais pas celle des projets de plans. Cette exigence est satisfaite lorsqu'une procédure prévoit la mise à l'enquête publique du plan d'affectation uniquement après son adoption par l'organe compétent, comme point de départ de la procédure de recours. Il s'ensuit que les objections peuvent être formulées dans le cadre d'une procédure d'opposition ou de recours (<ref-ruling> consid. 5.3 p. 295).
En l'espèce, le plan d'affectation et son règlement ont été soumis à l'enquête publique avant que l'autorité compétente n'ait statué définitivement. Cette procédure va au-delà de ce qui est requis par les art. 29 al. 2 Cst. et 33 LAT. Les recourants ont eu ainsi la possibilité de faire valoir leur point de vue à cette occasion. Contrairement à ce qu'ils soutiennent, il ressort du dossier que leurs oppositions ont été traitées. Lors de sa séance du 9 mars 1999, la Commission de l'environnement et l'aménagement du territoire de la ville de Genève a commencé à analyser les observations recueillies dans le cadre de l'enquête publique et, le 23 mars 1999, elle a entendu une partie des opposants; le débat s'est poursuivi pendant les séances suivantes des 30 mars et 27 avril 1999. Les résultats de l'enquête publique ont également été consignés dans le rapport au sens de l'<ref-law> adressé le 28 novembre 2007 par l'autorité municipale au Conseil d'Etat (p. 10 ss du rapport 47 OAT du 21 novembre 2007). La garantie du droit d'être entendu concrétisée à l'art. 33 al. 1 LAT a ainsi été respectée, même si les oppositions n'ont finalement pas été prises en compte, leurs motifs se trouvant en conflit avec les objectifs visés par le Conseil municipal. De plus, les recourants, en dehors de toute enquête publique formelle, se sont plaints auprès du Conseil d'Etat après l'adoption du RPUS par le Conseil municipal. Dans une annexe au rapport 47 OAT du 21 novembre 2007, le Conseil administratif de la ville de Genève a fait une synthèse répondant aux observations adressées au Conseil d'Etat. Cette annexe, communiquée aux opposants, constitue en quelque sorte un complément des résultats de l'enquête publique de 1998 consignées dans le rapport précité. Enfin, les recourants ont pu recourir contre le plan et le règlement auprès du Tribunal administratif, autorité qui dispose en cette matière d'un plein pouvoir d'examen (art. 15F al. 1 LExt). Il apparaît ainsi que les recourants ont largement eu l'occasion de faire valoir leurs arguments en cours de procédure ce qui, du point de vue de l'art. 33 al. 1 LAT, est suffisant.
4.2 Les recourants se plaignent ensuite du temps écoulé entre la dernière enquête publique en 1998 et l'adoption du règlement en 2007; ils font valoir qu'il existe une disproportion manifeste entre la durée de validité acceptable d'un plan (quinze ans en moyenne; cf. art. 15 let. b LAT) et la durée de neuf ans entre la collecte de données destinées à asseoir la légitimité du plan et son adoption par l'autorité.
Les recourants ne peuvent invoquer aucune disposition fédérale ou cantonale qui limiterait la durée d'une enquête publique. Une telle norme n'entrerait de toute façon pas dans la logique du législateur fédéral, qui a également renoncé à assigner aux plans d'affectation du sol une durée de validité. Selon la jurisprudence, lorsqu'un projet a été modifié après avoir été soumis à l'enquête publique, une nouvelle enquête n'est nécessaire que si la modification s'avère essentielle, au point que la nouvelle version doive être assimilée à un nouveau projet (cf. <ref-ruling> consid. 2 p. 478). Par ailleurs, en vertu des art. 21 al. 1 LAT et 15E LExt applicables aux plans d'affectations, ceux-ci font l'objet des adaptations nécessaires lorsque les circonstances se sont sensiblement modifiées. Dans son arrêt, le Tribunal administratif a constaté que les modifications apportées au RPUS depuis la dernière enquête publique ne pouvaient être qualifiées d'essentielles ou d'importantes et qu'aucune modification sensible des circonstances à l'origine du règlement n'était réalisée. Les recourants ne contestent pas ce point de vue et n'amènent aucun élément qui permettrait de justifier une nouvelle mise à l'enquête. Ils se contentent d'invoquer l'écoulement du temps, alors que la période écoulée jusqu'à l'approbation du plan ne saurait à elle seule fonder une obligation de soumettre le plan d'affectation à une nouvelle enquête publique. Il importe dès lors peu à cet égard que la durée du processus d'adoption soit due aux carences de l'autorité, comme ils le soutiennent, ou aux nombreux débats et lettres d'opposition que le projet a suscités. Au demeurant, l'importante durée de la procédure doit être relativisée dans la mesure où ce règlement s'applique au territoire de l'une des plus grandes villes de Suisse, dans un contexte conflictuel, alors qu'une sévère pénurie de logements y sévit depuis plusieurs années.
Il résulte de ce qui précède que le grief est infondé et doit être écarté.
5. Selon les recourants, le règlement n'a fait l'objet d'aucune pesée des intérêts. Il ne ressortirait en effet pas des travaux préparatoires qu'une telle pondération ait été réalisée à la suite de l'enquête publique de 1998. De plus, l'autorité communale n'aurait pas évalué les impacts effectifs des mesures préconisées dans le RPUS, alors que nombre d'entre elles ont des effets qui vont à l'encontre d'autres intérêts publics ou privés. Le fait que le règlement ait été finalement adopté avant le plan directeur communal serait par ailleurs révélateur de l'absence de vision globale dans le traitement du dossier de l'aménagement du territoire de la ville. Enfin, le Tribunal administratif a fait état des intérêts poursuivis par le RPUS, sans toutefois énumérer les intérêts, privés ou publics, opposés.
5.1 Les autorités en charge de l'aménagement du territoire bénéficient d'une importante liberté d'appréciation dans l'accomplissement de leurs tâches (art. 2 al. 3 LAT) et notamment dans leurs tâches de planification. Cette liberté d'appréciation n'est toutefois pas totale. L'autorité de planification doit en effet se conformer aux buts et aux principes d'aménagement du territoire tels qu'ils résultent de la Constitution (art. 75 Cst.) et de la loi (art. 1er et 3 LAT); elle doit également prendre en considération les exigences découlant de la législation fédérale sur la protection de l'environnement. Une appréciation correcte de ces principes implique une pesée globale de tous les intérêts en présence (<ref-law>).
En l'espèce, le règlement litigieux est l'aboutissement d'un long processus, ponctué de trois enquêtes publiques, au cours duquel les opposants ont pu s'exprimer à de multiples reprises pour faire valoir leurs intérêts. A la suite de la première enquête publique, du 17 novembre au 19 décembre 1989, le Conseil administratif a apporté des amendements au projet, notamment celui consistant à porter de 70 à 80 % les taux de surfaces brutes de plancher supplémentaires dévolus aux logements. Le projet modifié a été soumis à l'enquête publique du 4 octobre au 3 novembre 1991. Les observations reçues ont fait l'objet d'une "synthèse des observations" qui répertorie minutieusement les diverses remarques et propositions faites notamment par certains recourants; ce document a été annexé au rapport de la Commission de l'aménagement et de l'environnement et de la Commission du règlement chargées d'examiner le projet de RPUS de 1998 (cf. Mémorial des séances du Conseil municipal de la ville de Genève du 22 avril 1998, p. 4917 ss). De nombreux amendements tenant compte des propositions recueillies dans la synthèse précitée ont été longuement discutés au cours de plusieurs séances plénières et traités l'un après l'autre par le Conseil municipal pour aboutir à la troisième version du projet de RPUS de 1998 (cf. Mémorial des séances du Conseil municipal de la ville de Genève du 22 avril 1998, p. 4928 ss, p. 5030 ss et du 11 mai 1998 p. 5055 ss, p. 5102 ss). Les recourants reprochent aux commissions chargées du dossier de ne pas avoir rédigé un "compte-rendu en bonne et due forme" sur les résultats de l'enquête publique de 1998. Or, il ressort du dossier que l'administration communale a produit le 3 mars 1999 une nouvelle synthèse des observations émises lors de la troisième enquête publique effectuée du 18 novembre au 18 décembre 1998, à l'attention des commissions compétentes du Conseil municipal. Lors de sa séance du 23 mars 1999, la Commission de l'aménagement et de l'environnement a traité les observations et même auditionné certains opposants pour aboutir à une version intermédiaire, votée le 27 avril 1999 et reproduite dans son rapport du 15 novembre 2004 (cf. Mémorial des séances du Conseil municipal de la ville de Genève du 20 avril 2005, p. 5976 ss). Contrairement à l'avis des recourants, il ressort bel et bien des rapports des diverses commissions et des débats devant le Conseil municipal que les autorités compétentes ont régulièrement procédé à une pondération des intérêts en présence, en discutant les avis divergents et s'efforçant de trouver des compromis. Il importe peu que la synthèse du 3 mars 1999 n'ait pas été publiée et qu'il n'y ait pas eu de discussion expressément intitulée "pesée des intérêts", aucune disposition légale ne prévoyant de telles formalités. Au demeurant, dans le cadre de la présente procédure, l'autorité est chargée d'approuver un plan d'affectation et non pas de délivrer une autorisation ou un préavis pour une demande particulière. Les exigences de motivation sont dès lors moins strictes que dans le cas d'une décision (cf. <ref-law>) et le rapport 47 OAT du 21 novembre 2007, qui explicite globalement le traitement réservé aux observations par le Conseil municipal, suffit à cet égard.
C'est également à tort que les recourants soutiennent que le Tribunal administratif n'a pas procédé à une pesée des intérêts dans le cadre de l'examen de la conformité du règlement au droit supérieur (cf. consid. 3.2 ci-dessus). La Cour cantonale a notamment examiné les objectifs visés par le RPUS et leur compatibilité avec les intérêts privés défendus par les recourants, à savoir en particulier la garantie de la propriété et la liberté économique. D'ailleurs, les intérêts opposés évoqués par les recourants dans leur recours et qui n'auraient pas été énumérés dans l'arrêt attaqué (cf. mémoire de recours du 6 juillet 2009, n. 69 p. 18) ne sont en réalité que des exemples de cas particuliers d'atteintes à la garantie de la propriété et à la liberté économique dont ils se plaignent.
5.2 S'agissant de l'impact des mesures préconisées par le règlement, le Conseil municipal a sollicité une "étude d'impact économique, sociale et relative à l'environnement" quant à l'application future du RPUS et traitant notamment de son incidence sur l'emploi et les recettes fiscales, les besoins en équipements publics induits et leur financement. Cette étude, réalisée en 1993 (cf. Mémorial des séances du Conseil municipal de la ville de Genève du 14 septembre 1993, p. 851 ss) arrive à la conclusion que le RPUS aura un impact positif dans l'ensemble des mesures d'application. C'est donc en vain que les recourants prétendent que les autorités ne se sont pas préoccupées de la mise en oeuvre concrète du règlement. Par ailleurs, en ce qui concerne plus particulièrement les effets des taux minimaux d'espaces verts et de détente, les critiques des recourants se recoupent avec leur grief relatif à la non-conformité au droit supérieur des art. 12 et 13 RPUS et seront examinées au consid. 7 ci-dessous.
5.3 L'arrêt attaqué a rejeté le grief des recourants selon lequel l'adoption du RPUS aurait dû être précédée de celle du plan directeur communal de la ville de Genève, à défaut de quoi le système de la hiérarchie des normes prévue par le droit cantonal serait violé. Il a considéré, à juste titre, que le RPUS ne pouvait tenir compte du plan directeur de la ville de Genève, celui-ci n'étant pas encore réalisé, et que la LAT n'indiquait pas qu'aucun plan d'affectation ne puisse être adopté en l'absence de plan directeur communal en force. Dans leur écriture, les recourants ont toutefois renoncé à se prévaloir d'une prétendue violation du système de la hiérarchie des normes, admettant expressément que l'absence d'un plan directeur communal n'empêchait pas l'adoption d'un plan d'affectation. Par conséquent, leurs réflexions sur l'absence de coordination entre la planification directrice et le RPUS, développées pour la première fois devant le Tribunal fédéral, sont dénuées de pertinence dans la mesure où elles n'ont aucune incidence sur la validité du règlement et donc sur le sort du litige.
6. Dans les griefs suivants, les recourants se plaignent de la non-conformité à la Constitution fédérale des dispositions du règlement relatives aux espaces verts ou de détente (art. 12 et 13 RPUS) ainsi que de celles applicables aux activités contribuant à l'animation des quartiers (art. 9 RPUS) et aux bâtiments artisanaux et industriels (art. 10 RPUS).
Quand la contestation porte sur l'adoption d'un plan d'affectation, les parties admises à se prévaloir de la garantie de la propriété (art. 26 al. 1 Cst.) peuvent se plaindre du fait que les restrictions qui leur sont imposées ne sont pas justifiées par un intérêt public (cf. art. 36 al. 2 Cst.) ni conformes au principe de la proportionnalité (cf. art. 36 al. 3 Cst.). Elles peuvent en d'autres termes critiquer sous cet angle l'application des règles d'aménagement du territoire et le résultat de la pesée des intérêts. Ces questions relèvent en principe du contrôle de la légalité, les intérêts à prendre en compte étant protégés par des normes du droit fédéral ou cantonal, dans le domaine de l'aménagement du territoire proprement dit (art. 1, 3, 14 ss LAT notamment) ou dans d'autres domaines juridiques. Dans le cadre de la juridiction constitutionnelle, le Tribunal fédéral examine en principe librement si les mesures d'aménagement du territoire répondent à un intérêt public et respectent le principe de la proportionnalité; il s'impose toutefois une certaine retenue lorsqu'il s'agit de tenir compte de circonstances locales ou de trancher de pures questions d'appréciation (<ref-ruling> consid. 4.3 p. 415 et les arrêts cités).
7. Les recourants se plaignent que la restriction du droit de bâtir consacrée aux art. 12 et 13 RPUS viole le principe de la proportionnalité ainsi que le droit cantonal relatif aux espaces de verdure. Par ailleurs, l'obligation d'affecter les espaces verts et de détente à un usage collectif serait exorbitante.
Les art. 12 et 13 RPUS ont la teneur suivante:
Art. 12. - Application
1. Le taux d'espace vert ou de détente, fixé pour les sous-secteurs mentionnés à l'article 13, est appliqué:
a) aux parcelles ou groupes de parcelles dont la surface excède 1000 m2 ou
b) aux parcelles comprises dans le périmètre d'un plan localisé de quartier dont la surface des parcelles excède 1000 m2.
2. Des précautions doivent être prises pour protéger la sphère privée des logements. Les surfaces privées ou publiques à usage collectif peuvent être aménagées sur la toiture des constructions basses.
Art. 13. - Taux d'espace vert ou de détente minimum
1. Le taux d'espace vert ou de détente minimum est fixé comme suit:
a) sous-secteur 2.2 35%
b) sous-secteur 2.3 40%
2. Pour les parcelles ou groupes de parcelles dont la surface excède 2000 m2, la moitié au moins de la surface aménagée en espace vert ou de détente est constituée d'un sol en pleine terre.
3. Dans le secteur 3, le taux d'espace vert ou de détente minimum est fixé conformément aux plans localisés de quartier, établis de préférence sur la base des plans directeurs de quartier.
7.1 Les recourants font valoir que l'art. 13 al. 1 RPUS impose, pour les sous-secteurs 2.2 et 2.3, des taux déterminés d'espaces verts et de détente de 35 %, respectivement 40 %. Or, ces secteurs couvrent globalement la moitié du territoire de la ville de Genève. Par ailleurs, les taux prévus seraient très importants compte tenu du fait que la zone considérée est d'ores et déjà très urbanisée. En outre, l'art. 13 al. 1 RPUS ne confère aucune marge de manoeuvre aux autorités dans l'application de cette disposition et la voie dérogatoire de l'art. 14 al. 1 RPUS, trop stricte, ne permettrait pas d'atténuer cette rigueur.
Comme l'a précisé le Tribunal administratif, sans être contredit sur ce point par les recourants, les règles relatives aux espaces de verdure ne s'appliquent qu'en cas de constructions nouvelles, cas échéant réalisées après démolition, et non aux rénovations de bâtiments. Le champ d'application des art. 12 et 13 RPUS est ainsi clairement délimité: hormis les très rares cas de terrains libres de constructions en ville de Genève, ce sont les grandes opérations de construction, impliquant la démolition de bâtiments et libérant une surface au sol de 1000 m2 au moins, qui sont visées par ces dispositions. Les recourants n'exposent au demeurant pas en quoi les taux litigieux seraient disproportionnés. Il apparaît que l'application d'un taux d'espace vert de 40 % sur un terrain libre ou libéré de constructions n'empêche pas le propriétaire de réaliser, sur le solde du terrain disponible représentant 60 % de cette surface, les mètres carrés de surface brute de plancher lui permettant d'atteindre l'indice d'utilisation du sol auquel il peut prétendre en fonction du régime d'affectation de son terrain. C'est ainsi à tort que les recourants soutiennent que la création d'espaces verts ou de détente s'opposerait à l'objectif poursuivi par les autorités de densifier les zones bâties existantes. On peut d'ailleurs relever à cet égard que l'art. 15B al. 1 LExt prévoit que les plans d'utilisations du sol doivent répartir le territoire communal en terrains à bâtir (let. a) et en espaces verts, privés ou publics, y compris les secteurs de détente, en nombre et en surface suffisants (let. b).
Par ailleurs, des dérogations sont possibles, que ce soit dans le cadre de plans d'utilisation du sol localisés (cf. art. 2 al. 2 RPUS) ou dans celui des autorisations de construire (cf. art. 14 RPUS). Contrairement à ce que prétendent les recourants, une dérogation aux règles des art. 12 et 13 RPUS n'est donc pas uniquement envisageable lorsque les autorités communales décident au préalable d'utiliser la voie de la planification, et rien ne permet au surplus d'affirmer que la clause dérogatoire de l'art. 14 al. 1 RPUS offre une marge de manoeuvre insuffisante. La rédaction de cette norme - selon laquelle les autorités compétentes peuvent exceptionnellement déroger aux dispositions du règlement lorsqu'une utilisation plus judicieuse du sol ou des bâtiments l'exige impérativement - correspond à la notion même de dérogations. Celles-ci ne peuvent être délivrées qu'à des conditions restrictives, à défaut de quoi le règlement se trouverait vidé de son sens. Au vu de ce qui précède, les art. 12 et 13 RPUS sont conformes au principe de la proportionnalité.
7.2 L'argumentation des recourants selon laquelle la règlementation litigieuse aboutirait en réalité à la création d'espaces inconstructibles en violation des art. 24 et 25 LaLAT est également infondée. Ils font valoir, à titre d'exemple, qu'une parcelle de 1'200 m2, située en zone 2.3 et occupée par un immeuble sur la moitié de sa surface (600 m2), se verrait imposer la réalisation d'espaces verts ouverts au public sur une surface de 480 m2; la réalisation d'un immeuble supplémentaire s'avérerait donc impossible sur le solde disponible de la surface. Cette hypothèse est toutefois erronée. Dès lors qu'il est question de laisser subsister l'immeuble occupant 600 m2 au sol et de lui adjoindre un bâtiment supplémentaire, cette opération ne relève en effet pas d'une démolition-reconstruction, libérant une surface au sol de plus de 1'000 m2. Par conséquent, elle ne tombe pas sous le coup des art. 12 et 13 RPUS.
7.3 En vertu de l'art. 3 al. 6 RPUS, il faut entendre par espace vert ou de détente toute surface privée ou publique à usage collectif, conçue pour le délassement, les jeux ou la promenade, libre de construction et inaccessible aux véhicules autres que d'intervention technique et d'urgence. Les recourants déduisent de la lecture de cette disposition que toutes ces surfaces, sans distinction, doivent être accessibles au public; cette contrainte porterait une atteinte démesurée aux droits constitutionnels des propriétaires concernés. Or, l'interprétation de la notion de surface privée à usage collectif à laquelle se livrent les recourants est incorrecte. Ils confondent en effet l'usage collectif d'une parcelle privée avec l'usage public des zones de verdure, visé à l'art. 24 al. 1 LaLAT, ou l'usage commun au sens de la loi cantonale du 24 juin 1961 sur le domaine public. L'usage collectif prévu par le RPUS peut, pour sa part, demeurer privé (exclusif), comme le sont les parcs ou les places de jeux réservés aux seuls propriétaires ou locataires d'immeubles ou d'ensemble d'immeubles. L'usage des parties privées peut en effet être commun, conformément aux <ref-law>. L'art. 12 al. 2 RPUS confirme cette interprétation dans la mesure où les surfaces privées ou publiques à usage collectif peuvent être aménagées sur la toiture des constructions basses, ce qui sous-entend que seules les personnes autorisées par le propriétaire du bien-fonds seront admises à utiliser ces surfaces collectives. En revanche, ne correspondent pas à des espaces verts ou de détente au sens des art. 12 et 13 RPUS les jardins privatifs d'appartements situés au rez-de-chaussée des immeubles. Sur les 60 ou 65 % de surfaces au sol non dévolues aux espaces verts, les propriétaires ont toutefois la faculté de construire des immeubles ou de réaliser des espaces verts strictement privés, sans vocation collective. Le principe de la proportionnalité est ainsi respecté. Le grief des recourants est par conséquent infondé et leur exposé relatif aux questions d'expropriation matérielle et au régime du domaine public est dénué de pertinence.
8. Selon les recourants, l'art. 9 RPUS, qui interdit aux agents immobiliers d'occuper des surfaces au rez-de-chaussée lorsque celles-ci donnent sur des lieux de passage ouverts au public, ne permet pas une pesée des intérêts propre à respecter la liberté économique des propriétaires, respectivement des régisseurs locataires concernés.
L'art. 9 RPUS, intitulé "Règles applicables aux activités contribuant à l'animation des quartiers" a la teneur suivante:
1. Les surfaces au rez-de-chaussée, lorsqu'elles donnent sur des lieux de passage ouverts au public, doivent être affectées ou rester affectées, pour la nette majorité de chaque surface, à des activités accessibles au public en matière de commerce, d'artisanat ou d'équipements sociaux ou culturels à l'exclusion des locaux fermés au public.
Cette règle ne s'applique pas lorsqu'une construction nouvelle ne se situe pas en continuité avec des bâtiments dont les rez-de-chaussée sont affectés à des locaux d'activités ouverts au public.
2. Par locaux fermés au public, on entend des locaux inoccupés par des personnes ou occupés essentiellement par des travailleurs de l'entreprise ou accessibles à une clientèle reçue dans des conditions de confidentialité, notamment cabinets médicaux, bureau d'avocats, notaires, fiduciaires, experts-comptables, agents immobiliers, etc.
8.1 Les recourants ne contestent pas, quant au principe, que l'interdiction de certaines activités dans les surfaces bordant les rues réponde à un intérêt public. Toutefois, ils soutiennent que l'activité d'une régie immobilière, loin de porter atteinte à une animation de quartier, est susceptible au contraire d'accroître celle-ci dans la mesure où se rendent dans une entreprise de ce type non seulement les clients de la régie, mais également les personnes de passage attirées par les annonces d'appartements à vendre ou à louer visibles de l'extérieur. Pour sa part, l'arrêt attaqué a considéré que la liste exemplative de l'art. 9 al. 2 RPUS visait à illustrer la notion de "locaux accessibles à une clientèle reçue dans des conditions de confidentialité". La disposition permettait donc les interprétations nécessaires pour être appliquée en conformité avec les principes dégagés par le Tribunal administratif en la matière.
8.2 Il est certes discutable de savoir si, a priori, une agence immobilière répond ou non aux conditions d'ouverture au public. La clientèle existante et future des agents immobiliers souhaite assurément s'informer et traiter de biens immobiliers dans une certaine confidentialité; toutefois, ces agences sont la plupart du temps également aménagées de façon à susciter l'intérêt des passants pour attirer la clientèle ce qui, à la différence de locaux administratifs par exemple, contribue à l'animation du lieu où elles se trouvent (cf. arrêt 1P.124/1991 - 1P.182/1991 du 3 mars 1992, consid. 3a). Cette question peut cependant rester indécise puisque la formulation de l'art. 9 RPUS laisse une large place à l'appréciation et ne prohibe pas systématiquement l'implantation, au rez-de-chaussée des lieux de passage ouverts au public, d'entreprises actives dans l'immobilier. En effet, l'art. 9 al. 1 RPUS n'exclut pas les affectations mixtes, impliquant une cohabitation entre surfaces fermées au public et surfaces ouvertes au public, pour autant que ces dernières soient en "nette majorité". Il s'agira donc de déterminer au cas par cas si une agence immobilière remplit les exigences de l'art. 9 RPUS. Partant, cette disposition ne porte pas une atteinte disproportionnée à la garantie de la propriété et à la liberté économique des propriétaires et agents immobiliers concernés.
9. Enfin, les recourants sont d'avis que l'art. 10 al. 1 RPUS, qui exclut la conversion des surfaces non affectées au logement en locaux commerciaux, ne repose sur aucune base légale, ne poursuit aucun intérêt public suffisant et est disproportionné.
En vertu de l'art. 10 al. 1 RPUS, en cas de démolition-reconstruction ou de transformation d'un bâtiment affecté principalement à des activités industrielles ou artisanales, une surface de plancher au moins équivalente à la moitié de la surface initiale doit être destinée à des activités industrielles ou artisanales, compatibles avec l'habitat. S'il est démontré que les conditions d'utilisation sont inadaptées à de telles activités, ces surfaces sont alors destinées au logement, dans la mesure où les critères d'habitabilité peuvent être satisfaits. Pour le solde des surfaces de plancher, l'art. 7 RPUS est applicable.
9.1 Les recourants relèvent que les art. 15B et 15C LExt ne distinguent pas, au sein des secteurs dévolus aux diverses activités, entre les activités artisanales, industrielles et commerciales. Dès lors, l'art. 10 al. 1 RPUS, qui exclut la conversion des surfaces dévolues aux activités industrielles ou artisanales en surfaces commerciales, excède la portée de ces normes qui lui servent de base légale.
Afin de maintenir et de rétablir l'habitat dans les quatre premières zones de construction au sens de l'art. 19 LaLAT et dans leurs zones de développement, d'y favoriser l'implantation des activités qui soit harmonieuse et équilibrée, tout en garantissant le mieux possible l'espace habitable et en limitant les nuisances qui pourraient résulter de l'activité économique, les communes élaborent en collaboration avec l'Etat et adoptent des plans l'utilisation du sol approuvés par leur conseil municipal (art. 15A LExt). D'après l'art. 15B al. 2 LExt, les terrains à bâtir sont répartis dans des secteurs aux prépondérances suivantes, à savoir des secteurs d'intérêt public (let. a), des secteurs d'habitation ou de logements (let. b) et des secteurs de travail ou d'emplois (let. c). L'art. 15B al. 2 let. c LExt ne précise pas les activités visées, si bien que tant les secteurs secondaire et tertiaire (le primaire étant exclu en dehors de la zone agricole) sont concernés et peuvent se voir appliquer les dispositions du RPUS afin que leur implantation soit harmonieuse et équilibrée. D'ailleurs, l'art. 15C LExt prévoit que, dans les différents secteurs, les règlements d'application doivent définir des taux de répartition, afin d'assurer notamment un équilibre entre l'habitat et l'artisanat, le commerce, l'administration, tant publique que privée, et les secteurs de détente. La liste de l'art. 15C LExt, qui fait la distinction entre l'artisanat et le commerce, mais ne mentionne pas l'activité industrielle, est exemplative ("notamment"); elle n'impose pas aux règlements de prévoir forcément, dans chaque secteur, la cohabitation de toutes les activités énumérées, ni n'exclut d'interdire entièrement un usage déterminé (cf. arrêt 1P.124/1991 - 1P.182/1991 op. cit., consid. 3c).
L'art. 10 RPUS, qui permet de favoriser l'implantation des activités de manière diversifiée et équilibrée, tout en favorisant les surfaces destinées au logement ainsi qu'à l'artisanat et à l'industrie, résulte de la concrétisation des principes des art. 15A ss LExt et n'excède pas le cadre définit par les art. 15B et 15C LExt. Le principe de la légalité est par conséquent respecté.
9.2 Selon les recourants, l'art. 10 RPUS ne trouve aucune justification dans les objectifs poursuivis par les art. 15A ss LExt, les plans d'utilisation du sol n'ayant pas pour objet de favoriser le maintien en ville de l'activité industrielle ou artisanale au détriment d'autres types d'activités.
Conformément aux art. 15A ss LExt, le règlement litigieux a pour but, en vue de favoriser la qualité de vie en ville, de maintenir et rétablir l'habitat, tout en facilitant une implantation harmonieuse des activités qui garantisse le mieux possible l'espace habitable (art. 1 RPUS). L'art. 10 RPUS s'attache ainsi à lutter contre un phénomène lié à l'emprise croissante du secteur tertiaire en ville, à savoir la disparition progressive des activités industrielles et artisanales, alors que celles-ci sont source d'animation et permettent aux habitants du centre ville de bénéficier de services de proximité au lieu de se rendre en dehors du centre, là où la plupart de ces activités sont déplacées. L'expansion grandissante du secteur tertiaire a été mis en évidence par l'étude d'impact de 1993: cette étude a notamment constaté que, lors d'opérations de restructuration ou de reconstruction totale, les grands ensembles industriels se réinstallaient dans des zones industrielles périphériques et les petites unités sises dans les bâtiments affectés à l'industrie et à l'artisanat disparaissaient la plupart du temps (cf. Mémorial des séances du Conseil municipal de la ville de Genève du 14 septembre 1993, p. 851 ss). Il est dès lors d'intérêt public d'encourager une certaine diversité des activités dans l'agglomération urbaine, ce qui implique concrètement de protéger les branches menacées. Et si le maintien des activités industrielles et artisanales n'est pas possible, l'art. 10 RPUS favorise la création de nouveaux logements, ce qui permet de lutter contre la pénurie et relève également de l'intérêt public.
9.3 L'art. 10 RPUS respecte en outre le principe de la proportionnalité dans la mesure où, en cas de démolition-reconstruction, les propriétaires fonciers peuvent encore affecter une moitié des surfaces brutes de plancher reconstruites à des surfaces commerciales, à raison de 20 ou 50 % selon les secteurs (art. 10 al. 1 in fine RPUS en relation avec l'art. 7 RPUS). Il est donc inexact de soutenir, comme le font les recourants, que l'art. 10 RPUS prévoit une interdiction absolue de conversion des surfaces industrielles ou artisanales en surfaces commerciales. Cette disposition n'exclut pas non plus les activités commerciales dans certains secteurs: elle ne règle en effet que les cas de démolition-reconstruction ou de transformation de bâtiments affectés principalement à des activités industrielles et artisanales, mais ne vise pas les autres constructions existantes, qui peuvent garder leur vocation commerciale.
Il s'ensuit que l'art. 10 RPUS respecte les principes de la légalité, de l'intérêt public et de la proportionnalité et que le grief doit être rejeté.
10. Les considérants qui précèdent conduisent au rejet du recours dans la mesure où il est recevable. Les recourants, qui succombent, doivent supporter les frais judiciaires (art. 65 et 66 LTF). La commune de Genève et le Département cantonal du territoire n'ont pas droit à des dépens (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourants.
3. Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourants, au Conseil municipal de la ville de Genève, ainsi qu'au Conseil d'Etat et au Tribunal administratif du canton de Genève.
Lausanne, le 15 janvier 2010
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Féraud Mabillard