所有的生命都需要能量。無論是植物還是動物，能量都存儲于或傳遞自一種特殊的分子——三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）。光合作用與呼吸作用產(chǎn)生的氫離子，在ATP合酶的幫助下構建出了ATP分子�？梢哉f，這種有趣的酶是整個過程的“功臣”。
1974年，保羅·博耶（Paul Boyer）所提出的理論解釋了ATP合酶的工作原理。這一理論在1994年得到了英國化學家約翰·沃克（John Walker）的證實，沃克利用X射線晶體學確定了ATP合酶的結構，從而證實了博耶的理論。
三年后，博耶和沃克因其在“闡明ATP合成背后的酶學機制”方面所作出的貢獻，與丹麥科學家Jens C. Skou共同獲得了1997年的諾貝爾化學獎。
不經(jīng)意的選擇
1918年的盛夏，博耶出生在美國猶他州瓦薩奇山脈下的普洛佛市。作為骨科醫(yī)師的父親的服務和奉獻精神，讓博耶從小就懂得要有同情心和愛心，要學會邏輯推理，也要將學科知識與自己的理解相結合。
1933年，博耶的母親在他15歲生日過后不久就離開人世，生前她飽受阿狄森氏病的折磨。那時，本能挽救博耶母親性命的腎上腺激素還尚未問世，她的離世讓博耶在后來逐漸對生物化學的研究開始感興趣。
82歲，父親因前列腺癌去世，這一惡疾隨后也帶走了他唯一的兄弟。追憶起親人的相繼離世，博耶感嘆道，“如果我們的社會繼續(xù)支持生物體運作原理的基礎研究，那么很可能我的子孫就不用經(jīng)受因癌癥而失去至親的痛苦。”
著名的私立研究型大學楊百翰大學（BYU）是距離博耶最近也最經(jīng)濟實惠的選擇。當時的校園只有3500余名學生，只有現(xiàn)在體量的十分之一。
在學校為學生開放的眾多學科領域中，懵懂的博耶將選擇縮小到化學和數(shù)學之間。雖然，定性定量分析頗具難度的課程讓博耶感受到了精確測量之美，但在接下來的課程中，金屬識別和分離所產(chǎn)生的揮之不去的硫化氫的氣味，卻在不經(jīng)意間吸引了他。
進入高年級，快畢業(yè)的博耶面臨著幾種職業(yè)生涯的選擇：在采礦業(yè)做一名化學家、參與酒店管理的培訓項目、研究骨科或傳統(tǒng)醫(yī)學，或是接受研究生培養(yǎng)。在那時，他對最后一種可能性的信息掌握得并不多，但不少化學專業(yè)的校友都選擇去讀研究所。因此，博耶也選擇申請并獲得了威斯康星校友研究基金會（WARF）所提供的研究生獎金。
威斯康星大學麥迪遜分校的生物化學系在全國處于領先水平。博耶入學時，生化樓剛剛開放了新的附樓，這讓整個環(huán)境都彌漫著維生素、營養(yǎng)與代謝的興奮。在一片生機勃勃中，各個課題組競相做出了一系列杰出的科研成果。而且在年輕的教師之中，正在逐漸顯露出對酶學和代謝的興趣。
博耶的導師Paul Phillips主要研究家畜的繁殖和營養(yǎng)問題。在Phillips的鼓勵下，他和同事開始探索代謝和酶領域。在研究生期間，博耶參加過呼吸酶的專題討論會，生物化學的巨頭如諾貝爾醫(yī)學獎得主Fritz Lipmann等都在此發(fā)表過演講。他也參加過洋溢著激情的年輕教師舉辦的晚間研究討論小組，在這里，對于酶和代謝的討論拓展并鍛煉了博耶的視野。
一天晚上，博耶在小組中展示了他和同事在丙酮酸激酶上首個已知的K+活化證據(jù)，接下來他們被各種問題和討論打斷了足足35次。這種良好的培養(yǎng)環(huán)境為博耶的職業(yè)生涯發(fā)展奠定了基礎。
戰(zhàn)爭的洗禮
1943年，在博耶獲得博士學位之時，整個國家正處于戰(zhàn)爭之中。在時代背景的影響下，博耶也來到了斯坦福大學，跟從課題組長一同研究戰(zhàn)時項目。
當時，戰(zhàn)時的醫(yī)學研究委員會資助斯坦福大學進行一項血漿蛋白的研究。分離自血漿的濃縮血清白蛋白，在戰(zhàn)場的休克治療中非常有效。但是，當它經(jīng)過加熱殺死微生物和病毒時，白蛋白溶液卻由于蛋白質變性變得渾濁起來。因此，研究項目的首要目標是要尋找方法，穩(wěn)定溶液不出現(xiàn)此類問題。
他們的小組發(fā)現(xiàn)，乙酸鹽能夠提供穩(wěn)定性，丁酸鹽的性能更好。這使得他們發(fā)現(xiàn)，長鏈脂肪酸將會極大地穩(wěn)定血清白蛋白的熱變性，甚至能夠逆轉由于溫度帶來的變性或尿素溶液。其它具有疏水部分和負電荷的化合物也具有一定作用，例如乙酰氨酸。很快，他們的穩(wěn)定方法就被應用到實際當中，而且這一方法至今仍得到廣泛的使用。
在斯坦福大學的研究讓博耶獲得了在蛋白質研究方面的經(jīng)驗，并且越來越尊重蛋白質結構的魅力。不過，與威斯康星大學相比，1945年的斯坦福大學生物化學系只有兩名化學系的教授，整體發(fā)展并不強勢。因此在戰(zhàn)時項目結束后，博耶接受了明尼蘇達大學助理教授崗位的邀請。
在明尼蘇達大學的工作期間，整個科學界迎來了生物化學的黃金時代。美國國立衛(wèi)生研究院和國家科學基金會的經(jīng)費擴張速度相當于、甚至超過了有效項目逐漸增長的申請數(shù)量。同時，《1944年軍人再調整法》所提供的經(jīng)濟支持讓一大批優(yōu)秀而且成熟的研究生得以回到校園。人們開始快速地提出代謝、酶作用和蛋白質結構和功能的新見解。
在此期間，博耶也逐漸開始獲得同行的認可。1955年，博耶在酶化學上的研究成就使其獲得了美國化學會的酶化學獎，同時，他于1959~1960年擔任了美國化學會的生物化學部主席。
諾獎級的發(fā)現(xiàn)
1956年，博耶接受了明尼蘇達大學明尼阿波里斯分校醫(yī)學院的Hill Foundation教授崗位，課題組的研究主要集中于酶而非ATP合酶。
“解決氧化磷酸化是如何出現(xiàn)的，是生物化學領域最具挑戰(zhàn)性的問題之一，我無法拒絕它的誘惑。”博耶說。在眾多的項目中，幾年來，他們主要努力研究ATP合成的磷酸化中間物。在一眾研究生和博士后的努力下，他們將一種磷酸化蛋白的新發(fā)現(xiàn)推向了高潮，這種磷酸化蛋白是在ATP形成中的催化中間物，其中磷�；M附著于氨酸殘基。
1963年，博耶加入了加州大學洛杉磯分校（UCLA）。在這里，他和課題組很快意識到，他們所發(fā)現(xiàn)的酶結合的磷酸組氨酸是在檸檬酸循環(huán)中底物水平磷酸化的中間物。它不是氧化磷酸化的關鍵。
這次的經(jīng)驗讓博耶想起一句老話：“研究工作的大部分產(chǎn)出來自于在尋找鉆石過程中所挖出的煤。”
兩年后，博耶接受了加州大學洛杉磯分校新開設的分子生物學研究所的領導崗位，部分是因為他對氧化磷酸化研究工作的失望。該研究所的目標是要推動活細胞在分子水平的運作原理的基礎研究。
博耶認為，最優(yōu)秀的研究往往是一個導師帶著一小組研究生和博士后，自由地設計實驗、有能力地開展實驗，并認真地評價實驗。為了能夠與這樣的團隊一同工作，他很快就找到了竅門，大幅減少了自己所承擔的繁瑣的行政工作。
他繼續(xù)開展氧化磷酸化的研究，終于在1971年，讓他們挖到了“富礦”。他們提出了ATP合酶的結合變化機制的首個主要假設，也就是說，能量輸入主要不是用于形成ATP分子，而是用于促進已經(jīng)形成而且緊密結合的ATP的釋放。
在接下來的十年，該機制的其它兩項主要概念也得到了揭示，也就是說，3個催化部位是按順序合作參與，同時，博耶等人所給出的數(shù)據(jù)可以通過旋轉催化得到最好的解釋。
這些此前并不為人所知的酶學概念，為博耶的研究團隊提供了繼續(xù)下去的動力和激情。接下來，研究生和博士后以及全球各個課題組都相繼涌現(xiàn)出一系列相應的成果。
隨后的幾年，復雜的ATP合酶的其它研究方向也逐漸得到探索和揭示，這更堅定了博耶和課題組的信心，他們感覺這種結合變化機制很可能是有效的，而且具有普適性。于是，他們在該領域大力推動對這一概念的認知和接受度。同時，博耶的成績也獲得了同行的認可，他獲得了該領域的權威、美國生物化學和分子生物學學會為他頒發(fā)的“玫瑰獎”。
對于博耶而言，生物化學領域的職業(yè)生涯為他帶來了一個意想不到的好處：旅行。因為在科學會議和訪問中所交換和獲得的信息，對于他和實驗室的研究進步尤為重要。而且，日本、德國、阿根廷、伊朗等遍布全球的會議和實驗室訪問，也為他們帶來了國際的視野。
有時，他們所必須產(chǎn)出的（有些時候是不太情愿的）論文手稿為假設和觀點的呈現(xiàn)提出了新的挑戰(zhàn)，而這往往不是著名期刊的編輯所樂見的。他舉例道，直到在專門介紹生物能學的著名科學家Efraim Racker的一本會議專著中，“結合變化機制”這一名稱才得以被介紹。雖然威斯康星大學的會議為發(fā)表“旋轉催化”的觀點提供了機會，但這一概念并沒有得到戈登會議（旨在促進科學思想和未發(fā)表結果的交流的會議）的熱烈支持。
因此，“這些旅行就有了強烈的科學意義。它們?yōu)槟闾峁C會進行信息的交流、新思想的驗證、獲得新的視角，并避免不必要的實驗。這種環(huán)境鼓勵創(chuàng)新和規(guī)劃，并為科學研究的發(fā)展提供了動力與活力”，博耶總結道�！�