Поскольку Лелуара все больше интересовала биохимия, он в 1936 году поехал в Англию, в биохимическую лабораторию Кембриджского университета – крупный научно-исследовательский центр, возглавляемый Фредериком Гоулендом Хопкинсом. После изучения в течение года биохимии ферментов Лелуар возвратился в Институт физиологии в Буэнос-Айресе, где он занимался метаболизмом этанола и окислением жирных кислот в бесклеточном печеночном экстракте.
Затем Лелуар присоединился к группе ученых, которые изучали роль почки в регулировании кровяного давления. Эта работа привела к получению ангиотензина пептида (который может расщепляться ренином, вырабатываемым почкой ферментом) из ангиотензиногена, создаваемого печенью белка.
В 1947 году был создан Институт биохимических исследований, директором которого стал Лелуар. Первоначальная задача научных исследований, которые проводились в этом институте, состояла в синтезе молочного сахара (лактозы). В то время биохимики знали, что происходящий в живом организме процесс распада углеводов (полисахаридов и крахмала) на более простые сахара служит источником энергии, необходимой для жизни. Значительно меньше было, однако, известно о том, каким образом эти комплексные органические молекулы синтезируются живыми системами.
В поисках фермента для катализа обратимого синтеза лактозы Лелуар и его коллеги обнаружили, что этот процесс требует наличия двух неустойчивых к нагреванию коферментов, которые он идентифицировал как глюкозо-1, 6-дифосфат и нуклеозид уридиндифосфатглюкоза. Как позднее сказал Лелуар, «присутствие в качестве кофермента уридина было в своем роде новшеством, так как в других соединениях… встречался нуклеозид аденина. Появление производных сахаров в сочетании с нуклеозидом было также новым фактором».
Под руководством Лелуара было открыто множество сахарных нуклеотидов и показаны их две основные функции: во-первых, они участвуют в процессе взаимопревращения простых сахаров и, во-вторых, действуют в качестве доноров в реакциях превращения глюкозы, ведущих к синтезу полисахаридов. В 1959 году, после того как Лелуар и его коллеги обнаружили, что гликоген (основной запасной углевод человека и животных) образуется из уридиндифосфатглюкозы, они проанализировали синтез крахмала в растениях и доказали, что участвующий в этом процессе сахарный нуклеотид представляет собой аденозиндифосфатглюкозу.
В 1970 году Лелуару была присуждена Нобелевская премия по химии «за открытие первого сахарного нуклеотида и изучение его функций в превращении сахара и в биосинтезе сложных углеводов». «Лелуар установил, что реакция превращения происходит не в сахарах как таковых, – сказал Карл Мирбак, представляя Лелуара от имени Шведской королевской академии наук, – а в соответствующих сахарных нуклеотидах». «Другие ученые быстро осознали фундаментальное значение открытия Лелуара, – продолжал он. – На сегодняшний день известны и подробно охарактеризованы более сотни сахарных нуклеотидов, участие которых в различных реакциях является решающим».
