NOBEL LAUREATES APLENTY
Ochoas interesse for biologi blev stimuleret af den spanske nobelpristager Santiago Ramón y Cajals arbejde, som studerede nervesystemets struktur. Ochoa gik på medicinstudiet på universitetet i Madrid i 1923 i håb om at kunne arbejde sammen med Dr. Cajal, men sidstnævnte havde på det tidspunkt trukket sig tilbage. Selv om selve medicinstudiet ikke rummede nogen forskningsfaciliteter, kunne Ochoa udvide sit akademiske og videnskabelige potentiale. Da Ochoa var en af de bedste studerende, blev han og hans talent hurtigt bemærket af universitetets professor i fysiologi, Dr. Juan Negrín, som regelmæssigt udvalgte fremragende studerende som sine laboratorieassistenter. Ochoa fik i begyndelsen den ret rutineprægede opgave at isolere kreatinin fra urin. Han udviklede også en metode til at måle muskelkreatinin. I sommeren 1927, hvor Ochoa stadig var medicinstuderende på fjerde år, rejste han til Glasgow i Skotland for at arbejde sammen med Dr. Noel Paton for at forbedre sin kreatininbestemmelse og sine engelskkundskaber. I løbet af kort tid var han i stand til at offentliggøre sin første videnskabelige note i Proceedings of the Royal Society, og da han vendte tilbage til Madrid, indsendte han sammen med sin medstuderende José Valdecasas en artikel til det prestigefyldte Journal of Biological Chemistry. Det var et stolt øjeblik for ham i betragtning af hans unge alder og det faktum, at engelsk ikke var hans modersmål, og det siges, at han ofte mindedes denne bedrift.
Under medicinstudiet boede Ochoa i det velkendte Residencia de Estudiantes i Madrid midt blandt mange håbefulde kunstneriske og videnskabelige vidundere, herunder maleren Salvador Dali og digteren Federico García Lorca. Der var hyppige forelæsninger af nobelpristagere som Marie Curie og Albert Einstein i den tid, Ochoa boede der. Efter at have opnået sin lægeeksamen med udmærkelse i 1929 søgte Ochoa som 24-årig en stilling som stipendiat i Otto Meyerhofs laboratorium i Berlin, Tyskland, som var på forkant med den nye disciplin biokemi. Her arbejdede han sammen med mange berømte biokemikere som Dr. Otto Warburg og Dr. Fritz Lipmann. Meyerhof, der var berømt for sin Embden-Meyerhof-vej i glykolysen, hvor glukose omdannes til pyrubrinsyre med produktion af adenosintrifosfat (ATP), havde selv vundet Nobelprisen mindre end ti år tidligere. Samme år rejste Ochoa til Boston for at deltage i den internationale fysiologikongres og besøgte flere steder i USA, hvor en af hans brødre boede. Da han vendte tilbage til Spanien i 1930, genoptog han sit arbejde på Residencia de Estudiantes for at afslutte forskningen til sin doktorafhandling i medicin.
I 1931 forelskede Ochoa sig to gange. Den første var i en kvinde ved navn Carmen García Covián, som han giftede sig med. Den anden var i enzymologien, som han opdagede, mens han arbejdede som postdoc med Dr. H W Dudley i laboratoriet hos Sir Henry Dale i England, endnu en nobelpristager, i forbindelse med hans forskning i acetylcholin. Med udgangspunkt i sit tidligere arbejde om muskelkreatinin begav Ochoa sig ind i enzymverdenen og deres rolle i mellemstofskiftet. Det var et vendepunkt i hans karriere og blev hans livslange interesse. Hans første introduktion var et enzym kaldet glyoxalase, hvis primære funktion er at detoxificere stoffer som methylglyoxal og andre aldehyder. Disse forbindelser er biprodukter af normale levende biokemiske processer, men er meget giftige for cellerne. Det bemærkelsesværdige enzym, som fangede Ochoas opmærksomhed i 1931, blev årtier senere målrettet af medicinalfirmaer til at skabe antibiotika og lægemidler mod kræft. Men for Ochoa var glyoxalase et springbræt til de produktive biokemiske opdagelser, der snart fulgte, især hans arbejde med nukleinsyrer og RNA.