Аминоацил-тРНК-синтетазы присутствуют как у эукариот, так и у бактерий. Хотя у эукариот есть 20 различных аминоацил-тРНК-синтетаз для связывания с 20 аминокислотами, многие бактерии не имеют генов для всех этих аминоацил-тРНК-синтетаз. Несмотря на это, они по-прежнему используют все 20 аминокислот для синтеза своих белков. Например, у некоторых бактерий нет гена, кодирующего фермент, который связывает глутамин с его тРНК-компаньоном. У этих организмов один фермент добавляет глутаминовую кислоту ко всем молекулам тРНК для глутаминовой кислоты, а также всем молекулам тРНК для глутамина. Затем второй фермент химически модифицирует глутаминовую кислоту в глутамин на молекулах последней тРНК, образуя таким образом правильную пару.
Равная важность тРНК и аминоацил-тРНК-синтетазы была установлена серией экспериментов, в которых одна аминокислота химически превращалась в другую аминокислоту уже после присоединения к ее парной тРНК. В эксперименте по синтезу белка in vitro эти "гибридные" молекулы аминоацил-тРНК вставляли неправильную аминокислоту в каждую точку пептидной цепи, где использовалась эта тРНК. Результаты показали, что и тРНК, и фермент в равной степени необходимы для правильной трансляции аминокислотной последовательности, кодируемой мРНК.
В клетках аминоацил-тРНК-синтетазы используют структурную и химическую комплементарность для определения правильной тРНК, которая должна быть соединена с аминокислотой, связанной в их активном сайте. Большинство тРНК-синтетаз содержат три соседних нуклеотид-связывающих кармана, каждый из которых комплементарен по форме и заряду нуклеотиду в антикодоне. Хотя эти карманы распознают специфические нуклеотиды в антикодоновой петле тРНК, дополнительные аминокислоты взаимодействуют с принимающим аминокислоту плечом, таким образом позволяя правильной тРНК вписаться в сайт фермента для синтеза.
