In tale situazione, i residui amminoacidici canonici delle proteine native sono sostituiti globalmente con NCAAs.
Anche l'inserimento di più NCAAs diversi nella stessa proteina è possibile.
Infine, il repertorio di 20 aminoacidi canonici può essere non solo espanso, ma anche ridotto a 19.
Riassegnando la coppia RNA di trasferimento /aminoacyl tRNA-sintetasi, la specificità del codone può essere cambiata.