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Se licenció en 1929 por la Universidad Complutense de Madrid doctorándose poco después. Nunca ejerció la medicina.Durante su estancia en Madrid vive en la Residencia de Estudiantes, en la que ingresa en 1927, y allí es compañero
de intelectuales y artistas de la época, como Lorca y Dalí. Consigue becas para ampliar sus estudios en las universidades de Glasgow,Berlín y Londres; también en Heidelberg.Realizando estudios de bioquimica y fisiologia Siendo profesor ayudande de Juan Negrin en la UCM -
En la capital española, Madrid contraen matrimonio y tendran dos hijos.
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El profesor Carlos Jiménez Díaz, le invita a asumir la Dirección del Departamento de Fisiología del Instituto de Investigaciones Médicas de la Ciudad Universitaria de Madrid.
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Ese mismo año lo nombran asistente de investigación en el Laboratorio de Meyerhof de Heidelberg donde estudia enzimas qeu intervienen en la glucolisis y fermentaciones.
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A causa del poder nazi,puesto que su jefe era judio, se ve obligado a abandonar Alemania marcchando hacia Plymouth, investigara en el Laboratorio de Biología Marina
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desde 1938 hasta 1941 se dedicó al estudio de la función biológica de la tiamina (vitamina B1) y de otros aspectos enzimáticos del metabolismo oxidativo, trabajó con Sir Henry Dale
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Trabajara en la facultade de medecina universitaria de Washington en San Luis donde nombrado instructor e investigador asociado en farmacología. trabajo con los profesores Carl y Gerty Cori sobre enizmología.
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trabajar en la Universidad de Nueva York, donde permaneció gran parte de su vida; allí, y estimulado por su esposa, emprendió una carrera de investigación independiente que más tarde daría sus frutos
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Sus investigaciones sobre farmacología y bioquímica le otorgan la medalla Bewberg en 1951.
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En 1954, prosiguiendo con sus trabajos sobre la fosforilación oxidativa, descubrió una enzima, la polinucleótido fosforilasa, capaz de sintetizar ARN in vitro a partir de ribonucleosidodifosfatos.
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En 1955 Ochoa publicó en el Journal of the American Chemical Society con la bioquímica francorrusa Marianne Grunberg-Manago, el aislamiento de una enzima del colibacilo que cataliza la síntesis de ARN, el intermediario entre el ADN y las proteínas. La llamaron «polinucleótido-fosforilasa», conocida como PNPasa. El descubrimiento de la polinucleótido fosforilasa dio lugar a la preparación de polinucleótides sinteticos y llegaron al desciframiento de la clave genética.
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En 1956, el norteamericano Arthur Kornberg, discípulo de Ochoa, demostró que el ADN se sintetiza igualmente mediante su polimerasa
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Por el descubrimiento de la sintesis de ARN a partir de un substrato adecuado de nucelotides, unieron la bioquimica y la fisicoquimica.
Este año a Severo Ochoa también le conceden la nacionalidad norteamericana -
En 1967 es nombrado doctor honoris causa por la Universidad de Oviedo
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Fue nombrado presidente del patronato del instituto de biologia molecular de la universidad autnónoma de Madrid.
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Y se inauguran las primeras dependencias del Instituto de biología molecular en Canto Blanco Madird, lo que le permite reincorporarse en la actividad cientifica española.
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A su vuelta a España dirige un grupo de investigación en el centro de biología molecular Severo Ochoa del que era director honorario
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Después del fallecimiento de su esposa, Severo Ochoa decidió no publicar ningún trabajo más, poniendo fin a su brillante carrera científica.
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En 1987 ingresó en la Real Academia Nacional de Medicina de España, y fue nombrado presidente de la Fundación Jiménez Díaz. Publicó su último trabajo científico en 1986, con 81 años.
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Severo Ochoa presentó en Madrid su biografía titulada La emoción de descubrir, escrita por el periodista Mariano Gómez-Santos
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