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La energía de nuestros alimentos proviene del Sol a través de las plantas
La mayor parte de nuestros alimentos está integrada por animales y plantas. Una pequeña porción se compone de sustancias que los animales y las plantas producen. Una parte adicional consiste en sustancias transformadas por los seres humanos a partir de las producidas por animales y plantas.
Comemos carne, pescado, aves o mariscos; por lo tanto, estamos consumiendo animales. Asimismo, cuando tomamos patatas, zanahorias, cebollas, arroz, maíz, trigo, avena, centeno o fruta, estamos comiendo plantas. Cuando bebemos leche o ingerimos huevos y miel, nos nutrimos de alimentos producidos por los animales. Cuando comemos yogur, estamos consumiendo productos de origen animal que han sido procesados y transformados por bacterias bajo un control más o menos sofisticado del ser humano. Las bacterias utilizan una sustancia de la leche, la lactosa (un azúcar), como sustrato para producir ácido láctico, que proporciona al producto inicial (leche) nuevas propiedades, principalmente mayor acidez seguida de mejores cualidades de almacenamiento y nuevas sensaciones gustativas. Al beber vino o cerveza, se ingiere alcohol proveniente del azúcar de la uva o del grano, fermentado por levaduras.
En nuestra comida se incluye agua, sales y minerales que no son sintetizados por plantas o animales. Estas sustancias, sin embargo, no contienen energía.
Retrocediendo en la cadena alimentaria desde los alimentos de origen animal, finalizamos en las plantas que comen los animales. La energía que se encuentra en alimentos de origen animal son los restos de la energía contenida en las plantas y los animales en las diversas etapas de alimentación. Toda la vida animal se basa en la energía producida por las plantas y toda la energía contenida en la comida procede, en última instancia, de las plantas.
La característica especial de las plantas (verdes) es que son capaces de favorecer la transformación de la energía de la luz solar en sustancias como el azúcar y la grasa, ricas en energía. Por tanto, la energía de los alimentos procederá siempre en última instancia del Sol. Las personas y los animales son dependientes de la energía de las plantas. Las plantas son a su vez dependientes de la energía de la luz solar.
Existen organismos que tienen diferentes estrategias para la recuperación de energía. Las bacterias de azufre extraen la energía mediante la conversión de formas de azufre ricas en energía a menos ricas en energía; ellas mismas aprovechan parte del excedente de energía. Sin embargo, estos organismos normalmente no están incluidos en nuestros alimentos.
La gran mayoría de nuestros alimentos, tanto los vegetales como los animales, derivan de plantas verdes. Hay excepciones, por ejemplo, los hongos, que no se encuentran entre las plantas verdes y que no pueden capturar energía a partir de la luz solar. El hongo descompone organismos muertos y absorbe la energía almacenada en ellos. Los hongos, que utilizan la energía de la descomposición del árbol, asimilan la energía que anteriormente los árboles captaron de la luz del Sol. Aunque la energía de los hongos que comemos en su origen procede del Sol, el hongo no puede tomar la energía directamente de la luz solar.
Además de la luz solar, las plantas verdes dependen del dióxido de carbono y del agua para capturar, convertir y almacenar la energía solar. Las plantas usan la energía de la luz solar para transformar los compuestos del carbono pobres en energía y agua en materiales ricos en energía que quedan almacenados en la planta.
La clorofila en las plantas verdes captura la luz del Sol
Las plantas verdes lo son porque contienen clorofila como agente colorante. La clorofila absorbe la luz roja y azul. La luz verde, sin embargo, no se absorbe, se refleja y llega a nuestra retina. Aunque el aspecto externo sea de color verde, lo que impulsa los procesos de energía de la planta es la luz roja y azul, cuya absorción es la que permite la clorofila.
La clorofila en las plantas verdes está integrada por estructuras complejas que interactúan con fotones, de cuyos paquetes de energía se compone la luz solar. La clorofila es un ejemplo de molécula. Las moléculas están, a su vez, formadas por átomos.
Todo empieza en el interior del Sol
En el centro del Sol, la temperatura puede llegar a alcanzar varios millones de grados. A esas temperaturas, los átomos podrían ser convertidos en otros átomos y, por lo tanto, los elementos se pueden transformar en otros elementos. A lo largo de este libro se estudiarán las reacciones por las que unas moléculas se convierten en otras moléculas. Estas moléculas están compuestas por átomos que se combinan de una manera más o menos complicada. En nuestro cuerpo predominan las transformaciones moleculares. Los mismos átomos y la identidad de los elementos no se verán afectados durante este tipo de cambios. Un determinado átomo puede sufrir un billón de transformaciones y ser incluido en un billón de moléculas diferentes sin que su identidad atómica haya cambiado.
La identidad de los átomos está indicada por el número de protones en el núcleo
Cada átomo tiene un núcleo con un cierto número de partículas cargadas positivamente llamadas protones. El número de protones en el núcleo de un átomo se llama número atómico. El número atómico determina a qué elemento pertenece el átomo. Solo bajo condiciones muy extremas, puede cambiar el número de protones en un núcleo atómico. En los procesos de la vida, en principio no se produce este tipo de cambios.
Hay menos de un centenar de elementos químicos diferentes presentes en la naturaleza, con un número atómico desde 1 (hidrógeno) a 92 (uranio). Solo una fracción de estos elementos está contenida en las moléculas que forman las células vivas. Los elementos número 1 (H, hidrógeno), 6 (C, carbono), 7 (N, nitrógeno), 8 (O, oxígeno) y 16 (S, azufre) son los más importantes bloques de construcción de las moléculas de la vida.
Aun cuando los procesos de la vida erijan y rompan moléculas, los núcleos de los átomos permanecen intactos.
Los procesos de la vida implican cambios en las capas de electrones
Fuera del núcleo del átomo hay electrones formando una o varias capas electrónicas. Los procesos que en la realidad afectan a los organismos conllevan cambios en las posiciones de estos electrones.
Cuando se forman las moléculas, los átomos comparten electrones, así que un determinado electrón que antes pertenecía a un único átomo desde ahora pertenece a dos o varios átomos. A menudo, los átomos comparten un par de electrones, formando un enlace covalente. Los átomos entonces establecen un enlace simple entre ellos. La pareja de electrones enlazados se indica con una raya entre los símbolos de los elementos.
Dos átomos también pueden compartir dos pares de electrones, formando un doble enlace. Si, por ejemplo, dos átomos de carbono en un ácido graso comparten dos pares de electrones y forman un doble enlace entre ellos, el ácido graso se vuelve insaturado.
Un ácido graso insaturado tiene características distintas a las de un ácido graso saturado, que solo tiene enlaces simples entre los átomos de carbono.
Las moléculas que constituyen nuestra energía y forman nuestras células, en su mayoría, tienen una cadena de átomos de carbono unidos mediante enlaces simples o dobles. Cada átomo de carbono C tiene cuatro posibilidades de enlace, así que un carbono involucrado en enlaces simples con otros dos átomos de carbono puede formar otros dos enlaces. Con frecuencia se forman dos enlaces sencillos carbono-hidrógeno, C-H.