アミノアシルtRNA合成酵素
さらに多くのaaRS-tRNAの組み合わせが同様の方法で遺伝暗号の拡張に用いることができることがわかっていった。特に近年では、ある古細菌で「22番目のアミノ酸」のピロリジンを認識し、アンバーコドンに対応するtRNAに結合させるピロリジルtRNA合成酵素 (PylRS) の基質認識が厳密でなく拡張容易なことを利用して、アセチルリジンやメチルリジンなど、生物の翻訳後修飾で生み出される側鎖を含む多くのアミノ酸の導入に成功している。その結果、遺伝暗号の拡張は従来の20種類のアミノ酸だけではできなかった細かなタンパク質の構造のチューニングや翻訳後修飾の遺伝子コード化など、実用性を増すこととなった。
コドンにおいてはアンバーコドンを利用するケースが多いが、他の終止コドンであるオパール (UGA) を利用する例や、4文字コドンを利用するケースも報告されている。
aaRSは2段階の反応でATPの加水分解と共役してアミノ酸をtRNAに結合させる。
(1) ATPと対応するアミノ酸 (またはその前駆体) がaaRSの基質結合部位に結合すると、アミノ酸のカルボキシ基がアデノシンのα-リン酸基を攻撃し、中間体であるアミノアシルAMP (アミノアシルアデニレート;aminoacyl-adenylate とも) が形成され、ピロリン酸 (PPi) が遊離する。
(2) アミノアシルAMP-aaRS複合体に適切なtRNAが結合すると、アミノ酸のカルボキシ基がtRNAの3'末端のアデノシン (A76) の2'-または3'-OHとエステル結合を形成し、アデノシン一リン酸 (AMP) が遊離して反応が終結する。
まとめると、アミノ酸 + ATP + tRNA → アミノアシルtRNA + AMP + PPi という反応式になる。