Severo Ochoa’s vermogen om RNA te synthetiseren in het laboratorium betekende de eerste keer dat wetenschappers erin slaagden om buiten een levend organisme moleculen samen te voegen in een keten, een kennis die later een essentiële stap zou blijken te zijn om wetenschappers in staat te stellen leven te creëren in een reageerbuis. Voor dit werk ontving Ochoa in 1959 de Nobelprijs. Naast zijn laboratoriumwerk gaf Ochoa, die in Spanje als arts was opgeleid, les in biochemie en farmacologie aan vele generaties medische studenten van de Universiteit van New York.
Severo Ochoa werd op 24 september 1905 geboren in Luarca, een kleine stad in het noorden van Spanje. Genoemd naar zijn vader, een advocaat, was Ochoa de jongste zoon in het gezin. Hij woonde in dit bergstadje tot zijn zevende jaar, toen zijn ouders besloten te verhuizen naar Málaga, Spanje. De verhuizing gaf de jonge Severo toegang tot een privé-schoolopleiding die hem voorbereidde op toelating tot het Málaga College, dat vergelijkbaar is met een Amerikaanse middelbare school. Tegen die tijd wist Ochoa dat hij uiteindelijk een carrière in de wetenschappen zou beginnen; de enige vraag in zijn hoofd was op welk gebied hij zich zou specialiseren. Omdat Ochoa wiskunde op het Málaga College erg vermoeiend vond, besloot hij niet voor een ingenieursloopbaan te kiezen, waarin dergelijke vaardigheden essentieel zouden zijn. In plaats daarvan wilde hij biologie gaan studeren. Nadat Ochoa in 1921 zijn B.A. aan het Málaga College had behaald, studeerde hij een jaar lang de vooropleiding voor de medische faculteit, in die tijd natuurkunde, scheikunde, biologie en geologie. In 1923 schreef hij zich in aan de medische faculteit van de Universiteit van Madrid.
In Madrid droomde Ochoa ervan om bij de Spaanse neurohistoloog Santiago Rámon y Cajal te studeren, maar die droom ging snel in rook op toen hij ontdekte dat de 70-jarige histologieprofessor met pensioen was gegaan, hoewel hij nog wel een laboratorium in Madrid had. Ochoa aarzelde echter om Cajal zelfs in het laboratorium te benaderen, omdat hij dacht dat de oudere man het te druk zou hebben om door een onbelangrijke student te worden lastig gevallen. Desalniettemin had Ochoa aan het eind van zijn tweede jaar op de medische faculteit zijn wens om biologisch onderzoek te doen bevestigd en sprong hij in op een aanbod van zijn professor voor een baan in een laboratorium in de buurt.
De medische faculteit zelf had geen onderzoeksfaciliteiten, maar Ochoa’s docent fysiologie runde een klein onderzoekslaboratorium onder auspiciën van de Raad voor Wetenschappelijk Onderzoek een eindje verderop. In samenwerking met een klasgenoot kreeg Ochoa eerst de relatief routinematige laboratoriumtaak onder de knie om creatinine – een witte, kristallijne verbinding – uit urine te isoleren. Van daaruit ging hij over op de meer veeleisende taak van het bestuderen van de functie en het metabolisme van creatine, een stikstofhoudende stof, in spieren. De zomer na zijn vierde jaar aan de medische faculteit bracht hij door in een laboratorium in Glasgow, waar hij verder werkte aan dit probleem. Ochoa behaalde zijn medische graad in 1929.
In een poging zijn wetenschappelijke opleiding te bevorderen, solliciteerde Ochoa naar een postdoctorale beurs om te werken onder Otto Meyerhof aan het Kaiser-Wilhelm Instituut in een buitenwijk van Berlijn. Hoewel de Raad voor wetenschappelijk onderzoek hem een beurs had aangeboden om deze studie voort te zetten, wees Ochoa hun aanbod van steun af omdat hij het zich kon veroorloven zijn eigen kosten te betalen. Hij vond dat het geld aan iemand moest worden gegeven die het meer nodig had dan hijzelf. Ochoa genoot van zijn werk bij Meyerhof en bleef een jaar in Duitsland.
Op 8 juli 1931 trouwde hij met Carmen García Cobian, een dochter van een Spaanse advocaat en zakenman, en verhuisde met zijn pasgetrouwde vrouw naar Engeland, waar hij een beurs had van de Universiteit van Madrid om te studeren aan het Londense Nationale Instituut voor Medisch Onderzoek. In Engeland ontmoette Ochoa Sir Henry Hallett Dale, die later in 1936 de Nobelprijs voor geneeskunde zou winnen voor zijn ontdekking van de chemische overdracht van zenuwimpulsen. Tijdens zijn eerste jaar aan het Instituut bestudeerde Ochoa het enzym glyoxalase, en het jaar daarop ging hij direct onder Dale werken, om te onderzoeken hoe de bijnieren de chemie van de spiersamentrekking beïnvloedden. In 1933 keerde hij terug naar zijn alma mater, de Universiteit van Madrid, waar hij werd benoemd tot docent in de fysiologie en biochemie.
Binnen twee jaar aanvaardde Ochoa een nieuwe positie. Een van de hoofden van het Departement Geneeskunde was van plan een Instituut voor Medisch Onderzoek op te richten met afdelingen voor biochemie, fysiologie, microbiologie en experimentele geneeskunde. Het instituut zou gedeeltelijk worden gesteund door de Universiteit van Madrid, die het onderdak bood in een van haar nieuwe medische schoolgebouwen, en gedeeltelijk door rijke mecenassen, die een aanzienlijk budget wilden uittrekken voor apparatuur, salarissen en benodigdheden. De directeur van het nieuwe instituut bood de jonge Ochoa het directeurschap van de afdeling fysiologie aan, wat hij aanvaardde, en voorzag hem van een staf van drie personen. Enkele maanden nadat Ochoa met zijn werk was begonnen, brak in Spanje echter een burgeroorlog uit. Om zijn werk te kunnen voortzetten, besloot Ochoa in september 1936 het land te verlaten. Hij en zijn vrouw emigreerden eind 1936 naar Duitsland, zelf nauwelijks een stabiel land.
Toen Ochoa daar aankwam, ontdekte hij dat zijn mentor Meyerhof, die Joods was, onder grote politieke en persoonlijke druk stond. De Duitse wetenschapper liet zich hierdoor niet van zijn werk afhouden, hoewel Ochoa tot zijn verbazing ontdekte dat het soort onderzoek dat Meyerhof verrichtte drastisch was veranderd in de zes jaar sinds hij hem voor het laatst had gezien. Zoals hij schreef over het laboratorium in een retrospectief stuk voor de Annual Review of Biochemistry: “Toen ik het in 1930 verliet was het in wezen een fysiologisch laboratorium; men kon overal spieren zien trillen. In 1936 was het een biochemisch laboratorium. Glycolyse en gisting in spier- of gistextracten of gedeeltelijke reacties van deze processen gekatalyseerd door gezuiverde enzymen, waren de voornaamste onderwerpen van studie.” Meyerhof’s verandering in onderzoeksaccent beïnvloedde Ochoa’s eigen werk, hoewel hij minder dan een jaar in het laboratorium studeerde voordat Meyerhof naar Frankrijk vluchtte.
Voordat Meyerhof vertrok, zorgde hij er echter voor dat zijn protege niet strandde, door te regelen dat Ochoa een zes maanden durende fellowship kreeg aan het Marine Biological Laboratory in Plymouth, Engeland. Hoewel dit fellowship slechts een half jaar duurde, genoot Ochoa van zijn tijd daar, niet in het minst omdat zijn vrouw Carmen met hem in het laboratorium ging samenwerken. Hun samenwerking leidde later tot de publicatie van een gezamenlijk artikel in Nature. Na zes maanden moest Ochoa echter verder, en vrienden in het laboratorium vonden voor hem een post als onderzoeksassistent aan de universiteit van Oxford. Twee jaar later, toen Engeland in de oorlog belandde, verlegde de biochemie-afdeling van Oxford al haar inspanningen naar oorlogsonderzoek waaraan Ochoa, een vreemdeling, niet kon deelnemen. Dus staken de Ochoa’s in 1940 opnieuw de Atlantische Oceaan over om te gaan werken in het laboratorium van Carl Ferdinand Cori en Gerty T. Cori in St. Louis. Louis. Het laboratorium van Cori, dat deel uitmaakte van de medische faculteit van de Washington University, stond bekend om zijn baanbrekende onderzoek naar enzymen en het intermediaire metabolisme van koolhydraten. Dit werk omvatte de bestudering van de biochemische reacties waarbij koolhydraten energie produceren voor cellulaire operaties. Ochoa werkte daar een jaar voordat de New York University hem overhaalde naar het oosten te verhuizen om een baan te nemen als onderzoeksmedewerker in de geneeskunde in het Bellevue Psychiatrisch Ziekenhuis, waar hij voor het eerst afgestudeerde en postdoctorale studenten onder zich zou hebben.
In 1945 werd Ochoa gepromoveerd tot assistent professor in de biochemie aan de medische school. Twee jaar later, toen de leerstoel farmacologie met pensioen ging, werd Ochoa de kans geboden hem op te volgen en, gelokt door de belofte van nieuwe laboratoriumruimte, accepteerde hij. Hij bleef negen jaar voorzitter en nam in 1949 een sabbatical om als gasthoogleraar aan de Universiteit van Californië te dienen. Zijn bestuurswerk weerhield hem er echter niet van zijn onderzoeksinteresses in de biochemie voort te zetten. In het begin van de jaren vijftig isoleerde hij een van de chemische verbindingen die noodzakelijk zijn voor de fotosynthese, het trifosfopyridine-nucleotide, bekend als TPN. Ochoa zette zijn belangstelling voor het intermediaire metabolisme voort en breidde het werk van Hans Adolf Krebs uit, die het idee opperde van een cyclus waarin voedsel wordt gemetaboliseerd tot adenosinetrifosfaat, of ATP, de molecule die energie levert aan de cel. De Spaanse wetenschapper ontdekte dat één glucosemolecule bij verbranding met zuurstof 36 ATP-moleculen produceerde. Toen de voorzitter van de afdeling biochemie in 1954 ontslag nam, nam Ochoa deze kans aan om voltijds naar de afdeling terug te keren als voorzitter en gewoon hoogleraar.
Toen Ochoa zich eenmaal meer in het biochemisch onderzoek had genesteld, richtte hij zijn aandacht op een nieuw gebied: het snel groeiende gebied van het desoxyribonucleïnezuur (DNA) onderzoek. Eerder in zijn carrière waren enzymen voor biochemici de nieuwe moleculen bij uitstek om te bestuderen; nu, na het kritische werk van James Watson en Francis Crick in 1953, fascineerden nucleïnezuren de wetenschappers in het veld. Ochoa was geen uitzondering. Voortbouwend op zijn eerdere werk met enzymen, begon Ochoa te onderzoeken welke enzymen een rol speelden bij de vorming van nucleïnezuren in het lichaam. Hoewel de meeste enzymen helpen bij het afbreken van materialen, wist Ochoa dat hij op zoek was naar een enzym dat nucleotiden hielp combineren tot de lange ketens die nucleïnezuren zijn. Zodra hij deze moleculen had geïsoleerd, hoopte hij dat hij in staat zou zijn RNA en DNA in het laboratorium te synthetiseren. In 1955 vond hij in rioolwater een bacterieel enzym dat precies zo’n rol bleek te spelen. Toen hij dit enzym aan een oplossing van nucleotiden toevoegde, ontdekte hij dat de oplossing stroperig werd, als gelei, wat erop wees dat zich inderdaad RNA in het schaaltje had gevormd. Het jaar daarop paste Arthur Kornberg, die in 1946 bij Ochoa had gestudeerd, deze methoden toe om DNA te synthetiseren.
In 1959, vijf jaar nadat hij het directeurschap van de afdeling biochemie op zich had genomen, deelde Ochoa de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde met Kornberg, voor hun werk bij de ontdekking van de enzymen die helpen bij de produktie van nucleïnezuren. Hoewel Ochoa bijzonder verheugd was om de prijs met zijn oude collega te delen, was hij inmiddels geen onbekende meer op het gebied van academische lofbetuigingen. Als houder van verschillende eredoctoraten van zowel Amerikaanse als buitenlandse universiteiten, waaronder Oxford, had Ochoa ook de Carl Neuberg-medaille in de biochemie ontvangen in 1951 en de Charles Leopold Mayer-prijs in 1955. Ochoa was 20 jaar lang voorzitter van de afdeling biochemie van de NYU, tot de zomer van 1974, vlak voor zijn zeventigste verjaardag. Toen hij deze functie neerlegde, wees hij het aanbod van de afdeling om hem met emeritaat te laten gaan af en gaf er de voorkeur aan als gewoon hoogleraar aan het personeel verbonden te blijven. Maar zelfs dat kon Ochoa niet voldoende bezighouden. In 1974 trad hij in dienst van het Roche Institute of Molecular Biology in New Jersey.
In 1985 keerde hij terug naar zijn geboorteland Spanje als hoogleraar biologie aan de Universidad Autonoma in Madrid om zijn levenslange fascinatie voor biochemisch onderzoek voort te zetten. Op 75-jarige leeftijd schreef Ochoa een terugblik op zijn leven, dat hij de titel “Pursuit of a Hobby” meegaf. In de inleiding van dit stuk gaf hij een verklaring voor zijn titelkeuze: op een feest dat in de jaren veertig werd gegeven ter ere van twee Nobelprijswinnaars in de scheikunde vermeldde Ochoa in de gastenlijst zijn hobby als biochemie, hoewel hij hoogleraar farmacologie was aan de universiteit van New York. Sir Henry Dale, een van de eregasten van het feest, grapte: “Nu hij farmacoloog is, heeft hij biochemie als hobby.” Ochoa besloot dit verhaal met de uitspraak: “In mijn leven is de biochemie mijn enige en echte hobby geweest.”
Severo Ochoa overleed in Madrid op 1 november 1993.