アミノアシルtRNA合成酵素は、真核生物と細菌の両方に存在します。真核生物は、20種類のアミノ酸に結合する20種類のアミノアシルtRNA合成酵素を持っていますが、多くの細菌はこれらすべてのアミノアシルtRNA合成酵素の遺伝子を持っているわけではありません。それにもかかわらず、彼らはまだ20個のアミノ酸すべてを使用してタンパク質を合成しています。例えば、一部の細菌は、グルタミンとそのパートナーであるtRNAと結合する酵素をコードする遺伝子を持っていません。これらの生物では、1つの酵素がすべてのグルタミン酸tRNA分子にグルタミン酸を付加し、すべてのグルタミンtRNA分子も追加します。次に、第2の酵素が後者のtRNA分子上でグルタミン酸を化学的に修飾し、適切なペアを形成します。

tRNAとアミノアシルtRNA合成酵素の同等の重要性は、1つのアミノ酸がその対となるtRNAに結合した後、別のアミノ酸に化学的に変換される一連の実験によって確立されました。in vitroタンパク質合成実験では、これらの「ハイブリッド」アミノアシルtRNA分子は、そのtRNAが使用されたペプチド鎖のすべてのポイントに誤ったアミノ酸を挿入しました。その結果、mRNAによってコードされるアミノ酸配列の適切な翻訳には、tRNAと酵素の両方が等しく必要であることが示されました。

細胞では、アミノアシルtRNA合成酵素は構造的および化学的相補性を利用して、その活性部位に結合したアミノ酸に結合する必要がある正しいtRNAを特定します。ほとんどのtRNA合成酵素には、隣接する3つのヌクレオチド結合ポケットがあり、それぞれがアンチコドンのヌクレオチドに対して相補的な形状と電荷を持っています。これらのポケットはtRNAのアンチコドンループ内の特定のヌクレオチドを認識しますが、追加のアミノ酸はアミノ酸受容アームと相互作用するため、正しいtRNAを酵素の合成部位に適合させることができます。