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살아 있는 세포에서 에너지를 전달해주는 물질인 아데노신삼인산(ATP)을 만들 때 효소의 매커니즘을 설명한 공로로 존 E. 워커와 함께 1997년 노벨 화학상을 공동 수상했다. 옌스 C. 스고우는 세포 내의 분자 펌프를 발견한 공로로 이들과 함께 공동 수상했다.

보이어는 매디슨에 있는 위스콘신대학교에서 생화학 박사학위를 받았다. 1963년 로스앤젤레스 캘리포니아대학교(UCLA)에 들어가 1965∼83년 분자생물학연구소를 이끌었으며, 1990년 화학 및 생화학 명예교수가 되었다. 그는 1950년대초 ATP 생성에 관한 연구를 시작했다. 1961년 영국의 화학자 피터 데니스 미첼은 ATP를 생성할 때 필요한 에너지가 만들어지는 메커니즘을 설명했다(이 공로로 1978년 노벨 화학상을 수상). 보이어는 ATP 합성 과정을 더 구체적으로 연구했다.

그는 연구의 초점을 ATP 합성효소에 맞추었다. ATP는 아데노신 분자 1개가 고에너지 결합을 통해 3개의 인산기로 이루어진 사슬에 연결되어 있는데, 인산 1개가 떨어져 나갈 때 방출되는 저장 에너지를 세포들이 사용할 수 있다. 이 과정에서 ATP는 아데노신이인산(ADP)으로 변한다. 식품의 화학 에너지를 이용해 인산 1개가 ADP에 더해져 ATP를 더 만들어낼 수 있다. 보이어는 이 과정에서 ATP 합성효소가 촉매 역할을 하는 메커니즘을 상세하게 설명한 '결합 변화 가설'을 제안했다. 1980년대초 워커는 보이어가 제기한 메커니즘이 옳다는 것을 증명했다.