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授的实验室是世界呼吸链研究的中心。邹承鲁跟随基林教授从事呼吸链还原酶研究。研究生期间，他在国际上最早用蛋白水解酶部分水解方法研究蛋白质结构与功能的关系，单独署名的论文在英国《自然》杂志发表。他发现细胞色素c纯化后与线粒体结合时在性质上发生变化，证明细胞色素b与琥珀酸脱氢酶不是同一物质。有关这些开创性工作的论文在发表半个世纪以后的今天仍不断被人引用。1951年，邹承鲁获英国剑桥大学生物化学博士学位。
邹承鲁在英国读书时和李林喜结连理。李林是我国著名的地质学家李四光的女儿，剑桥大学博士，中国科学院院士，是我国知名的固体物理和材料科学家，对我国原子能科学和高温超导研究都有重要贡献。他们有一个女儿，邹宗平。
1951年回国后与王应睐及汪静英合作纯化了琥珀酸脱氢酶，并发现其辅基为与蛋白部分共价结合的FAD，这是一个被发现与蛋白质共价结合的FAD辅基。此外，他们对呼吸链及其他酶系也进行了一系列的工作，为我国酶学及呼吸链的研究奠定了良好基础。1958年，他参加发起人工合成胰岛素工作，并负责胰岛素A和B链的拆合。这项工作的完成确定了胰岛素全合成的路线，为胰岛素的人工合成做出了重要贡献。胰岛素人工合成工作集体获1978年国家自然科学奖一等奖和1997年求是奖。
60年代初，邹承鲁又回到酶学研究领域。当时，蛋白质的侧链基团的化学修饰和活性丧失的比较是研究蛋白质结构功能关系的主要方法。他所确立的蛋白质必需基团的化学修饰和活性丧失的定量关系公式，以及确定必需基团数的作图方法为国际上广泛接受和采用，并被收入一些教科书和专著，其公式及方法分别被称为“邹氏公式”和“邹氏作图法”。此项工作获1983年国家自然科学一等奖。
酶活性抑制的研究对于酶作用机制研究和药物设计都是十分重要的。在当时的酶学教科书中通常仅对酶的可逆抑制动力学有所论述。1965年，邹承鲁最早系统地提出了酶学的可逆与不可逆抑制统一的动力学理论，并提出不可逆抑制反应速度常数的测定方法。经过他和王志新等多年来理论上的发展和实验上的验证，他的理论和方法现在都已经为国际普遍接受并得到广泛的采用。此项工作曾获国家自然科学奖二等奖。
“文化大革命”结束恢复工作后，他发现甘油醛-3-磷酸脱氢酶在活性部位能形成荧光衍生物，论文也在英国《自然》杂志发表，工作获中国科学院科技进步奖一等奖和国家自然科学奖三等奖。作为人工合成胰岛素的后续研究，证明了胰岛素A链和B链本身已具有一定的空间结构，并含有形成天然胰岛素分子正确结构的全部信息，在溶液中能正确相互配对。此项工作阐明了人工合成胰岛素工作中A和B链拆合工作成功的理论基础，纠正了国外一些教科书中有关从胰岛素A和B链重新合成胰岛素的错误提法。此项研究于1995年获国家自然科学奖二等奖。
蛋白质变性研究是我国已故吴宪教授于20世纪30年代基于国内的工作开创的。吴宪教授1931年提出的关于蛋白质变性的理论至今仍然是国际上普遍接受的变性理论。但是多年来蛋白质变性的大量研究通常局限于蛋白分子的构象变化，很少把分子的构象变化与其活性变化联系起来，其原因至少部分是由于缺少一个研究快速灵活的动力学方法。
邹承鲁等用自己创立的动力学方法比较研究了各种不同类型的酶在变性过程中构象和活力变化的关系，得到活性丧失先于构象变化的结果，据此提出了酶活性部位柔性的假说。十余年来又排除了国际上一些反对者所提出的不同意见，充分论证了酶活性部位柔性学说的正确性。这是自19世Fischer提出酶作用的锁钥学说和20世纪50年代Koshland的诱导契合学说以来酶作用机制研究中的又一重大进展，同时也把蛋白质变性研究从单纯的结构研究推向与功能密切结合的新水平。世界各国已有几十个实验室按此思路随后开展类似的研究并得到类似的结果。对此工作的简要总结已在美国《科学》杂志发表。
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