萨姆纳1887年11月19日生于马萨诸塞州，是英格兰移民的后裔。萨姆纳17岁那年在打猎时被朋友的猎枪走火导致左臂残缺。由于严重截肢使他惯用左手的习惯失去了作用 ,但他硬是磨炼成个右撤子，而且身体的残缺激励他擅长体育活动，他曾是一位杰出的网球运动员兼滑雪高手。在大学期间，萨姆纳的老师们都认为他只有一条右臂，做化学研究比较困难，更不要说成为一位伟大的化学家,，但萨姆纳用顽强的意志不仅顺利完成了学业，而且在酶领域取得了巨大成就。
萨姆纳于1906年至1910年就读于哈佛大学，1911年在新布伦斯威克大学任教化学和生理学。1913年又重返哈佛大学攻读化学博士学位，1915年在获得哲学博士学位后，加盟科内尔大学的学术委员会，直到1955年他退休后才退出该委员会。
萨姆纳在科内尔大学工作时，生理化学家劳伦斯·亨德森曾声称除非建立了新的分离方法，否则不会分离出任何一种酶。因此分离酶的挑战成为萨姆纳毕生的研究课题。
为了维持自身复杂的生命活动，生物体无时无刻不在进行着各种各样高效的化学反应，例如要完成诸如运动、思考、观察和维持体温之类的耗能生命活动，人们必须通过进食等方式摄取糖类，糖类在体内转变成二氧化碳和水，同时释放出能量供生物体利用。这个反应在生物体内只需要几秒钟就能够完成，然而，一袋糖放置多年也不会变成水和二氧化碳，这其中的区别就在于生物体内有着能催化化学反应的特殊物质——酶。对酶的研究几乎贯穿了整个生物化学的发展史，酶这种特殊的生物催化剂的化学本质究竟是什么？
1917年，萨姆纳开始着手研究酶，9年后获得了成功。
萨姆纳一直相信酶就是蛋白质，他从1917年开始用刀豆粉作为原料，分离、纯化其中的脲酶。脲酶可以专一性地催化分解尿素，使之生成氨和二氧化碳，因而可以便捷地检测其活性。脲酶应用广泛，如在临床上可用来测定血液和尿液中的尿素含量，在农业上可以用来测量尿素的利用状况，在微生物学上还可以作为细菌的分类指标等。
1922年，萨姆纳选择脲酶作为研究的对象，因为他的博士论文就是利用脲酶作为一种定量试剂来评估脲的。1917年已知脲酶含量最丰富的材料是刀豆（刀豆中脲酶多，易于测定），但刀豆在脲酶含量上变化很大，萨姆纳早期得到的刀豆含量太低，于是他设法寻觅具有高脲酶含量的促进刀豆生长的一些供应者，接下来的4年里萨姆纳尝试了不同的萃取方法和溶剂，但收效甚微。
萨姆纳的哈佛大学的导师奥拓·福林建议他采取稀乙醇进行萃取脲酶。萨姆纳发现把乙醇萃取物在低温下保存能够获得酶的浓度比以前大100倍左右，通过用乙醇萃取刀豆粉，除去其不溶部分（呈现很少脲酶活性），他获得了一种具有高脲酶活性的溶液。最后，他终于从这种萃取物中除去了一种又一种物质。到1925年，他已分离出几种蛋白质、碳水化合物、脂类及色素。
1926年，萨姆纳试用了一种稀丙酮溶剂时，发现了从这种残留物中分离出脲酶的关键所在。证明这最后一个步骤其实很简单——他让这种丙酮萃取物在2℃冰箱过滤过夜，第二天在把滤液离心以除去不熔物后，他取一点滤液放在显微镜下观察，在这种液体中漂浮的是些他以前从未见过的很小的八面晶体，加添尿素缓冲液，这些八面晶体在溶液中呈现高脲酶活质（萨姆纳把这种结晶体放进人尿中去，人尿里的尿素便很快就分解成了二氧化碳和氨，它所起的作用和当时已经知道的脲酶一样），对蛋白质的缩二脲、黄蛋白色反应、茚三酮试验，这些晶体也产生正反应结果。萨姆纳经过进一步分析，证明这种结晶体就是脲酶。最后，萨姆纳证明了脲酶确实是一种蛋白质！他用实验结果否定了化学权威威尔斯塔特（德国著名的有机化学家，酶学领域的权威，曾宣称制得不含蛋白质的酶样品，提出酶不是蛋白质的观点）的实验结论，从而证明了酶就是蛋白质。
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