Nace en Luarca (Asturias) el 24 de Septiembre de 1905.
Inicia sus estudios en Málaga a donde se traslada con su familia en 1912.
En 1927 ingresa en la Residencia de Estudiantes, y allí es compañero de grandes intelectuales y artistas de la época, como Federico García Lorca y Salvador Dalí.
En 1929 se licencia en Medicina por la Universidad Complutense de Madrid.
Es profesor ayudante de Juan Negrín en la Universidad Complutense de Madrid y obtiene varias becas para ampliar sus estudios en las universidades de Glasgow, Berlín y Londres.
En 1931 es nombrado Profesor Ayudante de Fisiología y Bioquímica de la Facultad de Medicina de Madrid, cargo que ocupa hasta 1935
En 1936 estalla la Guerra Civil española y parte hacia Alemania.
Emigra a los Estados Unidos en 1941 a causa del estallido de la Segunda Guerra Mundial.
Sus experimentos realizados en esta época sobre farmacología y bioquímica, especialmente en el campo de las enzimas, le valen la Medalla Bewberg en 1951.
En 1955 descubre y aisla una enzima de una célula bacteriana de Escherichia coli, que él denomina polinucleótido-fosforilasay que luego es conocida como ARN-polimerasa
En 1959 comparte el Premio Nobel de Fisiología y Medicina por sus descubrimientos.
En 1971 es nombrado director del Laboratorio de Biología Molecular de la Universidad Autónoma de Madrid.
En 1985 se traslada definitivamente a España.
En 1993 presenta en Madrid su biografía titulada La emoción de descubrir y ese mismo año muere a la edad de 88 años.
Títulos honoríficos de las universidades de St. Louis (Washington University), Glasgow, Oxford, Salamanca, Brasil, Wesleyan University y Oviedo.
Profesor honorario de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, en Lima.
Medalla Neuberg en bioquímica del año 1951.
Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1959, compartido con su discípulo Arthur Kornberg.
Medalla de la Société de Chimie Biologique del año 1959.
Medalla de la Universidad de Nueva York del año 1959.
National Medal of Science de los EEUU del año 1979.
Miembro de varias sociedades de investigación en EEUU, Alemania, Japón, Argentina, Uruguay y Chile
Presidente de la Unión internacional de Bioquímica (International Union of Biochemistry).
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