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Detalles, símbolos y mensajes ocultos son parte del misterio que envuelve las pinturas de Jan van Eyck. Pero hay otro aspecto de la obra del este artista flamenco que le ha encumbrado en la Historia del Arte. Fascinado con el efecto que provocaban ciertos colores, llevó al límite técnico los recursos de su época. Sus rojos, azules y verdes no solo impactan en las retinas y en el cerebro, sino que nos revelan aspectos profundos de nuestra naturaleza. Nuestra bioquímica aligera la marcha en el momento en que los fotones azules, verdes y rojos provenientes de sus pigmentos impactan en nuestra retina e fotoisomerizan nuestro retinal. Somos fotoquímica.

“El matrimonio Arnolfini” de Jan van Eyck (1434) es uno de mis cuadros favoritos. Los rostros y gestos de la enigmática pareja han despertado más preguntas que respuestas a lo largo del tiempo, y los múltiples detalles de la estancia no han hecho sino incrementar el número de teorías y leyendas sobre el momento congelado. Pero hay otro aspecto que a mi personalmente me apasiona y me hace volver una y otra vez a él: sus colores.

Jan Van Eyck se hizo famoso por innovar y enriquecer la técnica pictórica al explorar nuevas formas de emplear los pigmentos. La superposición de finas capas de pigmento puro mezcladas con aceite de linaza proporcionó a sus obras una intensidad y profundidad cromática inexplicables para sus contemporáneos. Los colores que Van Eyck empleaba no eran arbitrarios: el azul provenía de la azurita, un mineral de cobre costoso y símbolo de divinidad; el verde, del verdigris, un acetato de cobre transparente; y el rojo de cochinilla, un colorante orgánico extraído de insectos. Su forma de trabajar creó tanto asombro como escuela, siendo imitada su forma de tratar el color a lo largo y ancho del mundo.

LA FOTOQUÍMICA DEL RETINAL Y LOS COLORES

A menudo olvidamos que los objetos, incluidos los cuadros de este gran artista, no tienen color por sí mismos. El color es una percepción creada por nuestro cerebro. Cuesta entender, incluso aceptar, que el maravilloso mundo multicolor que se aparece ante nuestros ojos, tiene más que ver con una película de los años 40 coloreada que a la realidad misma.

Esta realidad virtual creada en nuestro entramado neuronal se produce mediante una sofisticada cadena de procesos bioquímicos que comienzan en las retinas, y termina con la activación de nuestro córtex visual.

Pero, ¿en qué preciso momento comienza todo?

La respuesta la tiene una molécula ubicada en la retina, la famosa 11-cis-retinal, responsable de dar el pistoletazo de salida al proceso de la visión con un proceso fotoquímico llamado fotoisomerización.

Veamos cómo funciona.

EL RETINAL, LA MOLÉCULA DE LA VISIÓN

Nuestros ojos, órganos sensibles a la luz, están estratégicamente colocados para detectar la luz reflejada o emitida por los objetos que tenemos delante. Nuestro cerebro extrae información valiosa de esta luz y, como un pequeño ordenador, genera patrones y modelos del entorno cambiante que nos permiten sobrevivir: distancias, dimensiones, movimiento y colores.

Aunque parece antiintuitivo, no toda la luz que nos llega es útil para construir todos los colores que conocemos. De hecho, solo somos capaces de detectar tres colores fundamentales: azul, rojo y verde. El resto de tonalidades de nuestro pantone interno son construcciones del cerebro. Es decir, no detectamos el rosa, el magenta o el gris verdoso de las flores, sino que son el resultado de la interpretación de nuestro cerebro a las señales recibidas por la retina al ser estimulada por fotones rojos, verdes y azules.

# El retinal, el sensor de fotones

La detección de la luz azul, roja y verde tiene lugar en la retina, gracias a la participación de una molécula clave llamada retinal, que actúa como antena receptora de fotones de luz. Su capacidad para absorber fotones —conocida como propiedad cromófora— fue decisiva en las primeras etapas del desarrollo de la vida, cuando, hace millones de años, ciertos microorganismos incorporaron esta molécula como sensor lumínico. Desde entonces, el retinal ha formado parte de diversos órganos sensoriales sensibles a la luz.

El retinal no se encuentra libre en la retina, sino que está unido a proteínas dentro de estructuras especializadas: conos y bastones. Cuando el retinal absorbe fotones de luz, sufre un cambio estructural, denominado fotosiomerización, preámbulo del resto de procesos bioquímicos que finalizan con un impulso nervioso dirigido al cerebro. El cambio que se produce en el retinal es pequeño, podría parecer insignificante, pero tiene una gran repercusión.

Para comprender un poco más este fenómeno, déjame que te cuente un poco más sobre la naturaleza química del retinal.

# El retinal o un polieno en el ojo

Así como los edificios están construidos con ladrillos fijados entre sí con cemento, la materia está constituida por átomos que se mantienen unidos entre sí mediante enlaces químicos.

En todas las uniones entre átomos están involucrados los electrones de su capa externa. Existen diferentes tipos de enlaces, pero de momento solo interesa el enlace covalente, formado cuando los átomos comparten pares de electrones.

• Si comparten un par de electrones, el enlace se denomina covalente sencillo y se representa con una línea: C – C.
• Si comparten dos pares de electrones se denomina enlace covalente doble y se representan con una línea doble: C = C.

Las moléculas que tienen dobles enlaces son denominados alquenos y si tienen muchos dobles enlaces alternados (o conjugados), se les conoce como polienos. Teniendo en cuenta este concepto químico, el retinal puede ser definido como un polieno con seis enlaces dobles conjugados. Este tipo de estructuras tienen la capacidad de absorber luz en el espectro visible. Como consecuencia, los electrones de estos enlaces dobles son excitados, o lo que es lo mismo, adquieren la capacidad de moverse dentro de la molécula a través de la autopista que generan los dobles enlaces alternos.

DISPOSICIÓN ESPACIAL O NORMA DE BUENA CONVIVENCIA

Todo objeto ocupa un espacio, y la materia a nivel molecular también. Los átomos que conforman las moléculas, ya sean sencillas o muy complejas, se organizan ordenadamente ocupando un volumen determinado. Para ello, los átomos y enlaces siguen ciertas normas.

# Geometría molecular o cómo convivir en armonía con el vecino

Una de estas normas es fácil de entender: “convivir en armonía y no molestar”. O lo que es lo mismo, los átomos y enlaces se mantienen a una distancia tal entre sí, que las fuerzas de atracción y repulsión entre sus densidades de carga alcanzan un “acuerdo energético”. Esto se traduce en que la estructura alcanzada debe de ser estable. Para ello hay moléculas que serán algo parecido a un tetraedro, otras a un hexágono, algunas parecerán un cable y otras se plegarán creando formas más complejas.

En ciertos casos, esta situación de estabilidad solo es alcanzable con una única orientación espacial, pero en otros casos, una molécula puede presentar más de una posible disposición estable. Las moléculas son las mismas en términos de composición química y estructura, pero su geometría es distinta. Se les llama isómeros espaciales.

# Isómeros: iguales pero distintos

Existen varios aspectos que condicionan la geometría molecular. Uno de ellos es la presencia de dobles enlaces, que a su vez, y a grandes rasgos, pueden presentar dos disposiciones o isomerías.

• Configuración o isomería cis. Se da cuando las cadenas o átomos unidos a los dos carbonos unidos por el enlace doble están en el mismo plano (y más próximos espacialmente). Si las cadenas son muy grandes y voluminosas pueden llegar a molestarse incluso, puede que la molécula sea inestable y se rompa.
• Configuración o isomería trans. Se da lugar cuando esas cadenas o átomos unidos están en planos opuestos (y muy alejados) lo que permite estabilizar mejor la molécula cuando esta posee grupos grandes y voluminosos.

Estas conformaciones no son rígidas, sino que es posible pasar de una a la otra bajo ciertas condiciones energéticas.

En el caso del retinal, debido al número de dobles enlaces que posee, puede presentarse de siete formas distintas. Pero solo hay una en nuestra retina, la que tiene todos los enlaces C=C trans excepto el de la posición 11-12, o lo que es lo mismo, el 11-cis-retinal. Si te fijas de nuevo es su estructura, verás que esta peculiaridad hace que la cadena de la molécula no sea lineal, sino que este un ligeramente plegada. Si todos fueran trans, esta cadena de dobles enlaces sería lineal.

ENLACES QUE GIRAN, ENLACES QUE NO GIRAN

La estabilidad de las moléculas depende de las condiciones de temperatura y presión a la que se encuentren. En condiciones ambientales terrestres, la disposición trans de los dobles enlaces es, por lo general, más estable que la cis, ya que con ella se minimizan posibles tensiones entre enlaces y átomos. A pesar de ello, existen moléculas de gran estabilidad con enlaces dobles cis.

Por otro lado, la presencia de una configuración cis o trans, tanto en la naturaleza como en un laboratorio, está estrechamente relacionada con el tipo del proceso de síntesis por la cual se ha creado, que puede favorecer la formación de una u otra.

Otro aspecto a tener en cuenta es que los dobles enlaces son rígidos, y no tienen libertad de giro como los enlaces sencillos, que con más facilidad o menos giran (o rotan) como si fueran molinillos, lo que permite a los átomos acomodarse mejor en función de las densidad electrónicas de los átomos vecinos. Pero esto no le sucede a los dobles enlaces.

Por lo tanto, un enlace cis será cis, y un trans será un trans hasta que se den las circunstancias de un cambio, como por ejemplo un FOTÓN.

# SPOILER: los enlaces dobles se rompen con la luz

Cuando un haz de luz solar interacciona con la materia, a nivel atómico se pueden dar distintos escenarios. En algunos casos los enlaces se rompen, en otros casos se producen fenómenos ópticos como la fosforescencia, en otros casos el material se calienta, en otros casos no ocurre nada. En los casos en los que si pasa algo, probablemente ha estado envuelta la presencia de un electrón.

Imaginemos el caso de un doble enlace. Estos están constituidos por compartición de dos pares de electrones: el primer par forma el enlace sigma; el segundo par compartido se llama enlace pi, que es más débil. Ciertos fotones tendrán la energía suficiente para romper ambos enlaces (sigma y pi) quedando los átomos completamente separados.

Pero ¡sorpresa! Puede que el fotón solo tenga energía suficiente para romper solo el enlace pi. Los dos átomos no se llegan a separar, pero su unión queda debilitada.

Un ejemplo para visualizar este proceso sería el estado de una cuerda, antes y después de ser cortada. Si el corte es completo, resultarán dos trozos de cuerdas independientes, o si el corte es incompleto, los dos trozos quedarán unidos por unas cuantas fibras.

# Giro inesperado de guión y… de enlace

Una característica que se da cuando solo se rompe el enlace pi por efecto de la luz, es que cada átomo de carbono se queda con uno de los dos electrones que conformaban el enlace pi. Este electrón se representa con un punto y al átomo que lo lleva se le denomina radical.

Esta situación no suele durar mucho, porque los radicales son especies muy reactivas, por lo que en un corto lapso de tiempo se volverá a formar el enlace pi (o se formará un nuevo enlace con otro átomo próximo disponible).

Y aquí reside el momento crucial. Si el enlace tenía de partida una configuración cis, mientras en el enlace pi está roto el enlace sigma podrá girar, y los átomos adyacentes podrán reorganizarse para dar lugar a la configuración trans, una vez se reconstituya el enlace pi.

A este proceso se le llama fotoisomerización cis/trans de alquenos y es el lo que le sucede al 11-cis-retinal del ojo cuando recibe la luz visible.

LA FOTOQUÍMICA DE NUESTROS OJOS

Como ya he comentado, el 11-cis-retinal es un constituyente de las células fotoreceptoras de la retina (conos y bastones). Estas células contienen en su interior una sustancia fotosensible constituida por la combinación del 11-cis-retinal y una proteína llamada opsina.

Una proteína es una cadena muy larga de aminoácidos, que se pliega tridimensionalmente como un ovillo, creando pequeñas oquedades o bolsillos en su interior.

Es en uno de esos bolsillos de la opsina es donde se coloca y une el 11-cis-retinal. 

Cuando los fotones de determinada longitud de onda alcanzan al complejo opsina-retinal, el 11-cis-retinal sufre una fotoisomerización, tal como se explicó anteriormente. El cambio de conformación del doble enlace provoca que la cadena del retinal se estire como un cable formándose el todo-trans-retinal, en el todos los dobles enlaces adoptan configuración trans. 

Este cambio espacial impide que el retinal siga amoldado en el bolsillo de la opsina, por lo que el retinal no puede ocupar esta posición, por lo que se libera de la proteíbna.

La separación de la opsina y el retinal en los conos de la retina es el inicio de una secuencia de reacciones químicas que finalizan con el envío de la información sobre el entorno físico de la persona al cerebro. Entre esta información de utilidad se encuentra la referente al color. Recomiendo visitar las modelizaciones realizadas por el Prof. Mauro Tonellato en su página web pianerachimia.

LA NATURALEZA: diseño de alto nivel para la supervivencia

La fotoisomerización de alquenos puede que sea un reciente descubrimiento para la ciencia, pero desde luego no lo es para la naturaleza. Y es que en los albores de la vida, la fotoquímica jugó un papel muy importante en los organismos primigénios.

El complejo de opsina-retinal está presente desde hace millones de años en multitud de organismos, incluso en aquellos que no disponen de cerebro para crear imágenes y colores. Su unión/desunión activada por efecto de la luz ha sido de gran utilidad para los organismos vivos, que han ido creando diferentes versiones del proceso adaptándolo cada cual a sus necesidades. En el caso de los seres humanos, hay diferentes teorías que intentan explicar el motivo de la selección de estos tres colores ya citados, rojo, azul y verde, pero desde luego no es casualidad que sean estos tres colores, de los más cotizados a lo largo de la historia del arte.

 Este es el caso de la percepción del color en humanos (y otros animales), que además de haber resultado una adaptación evolutiva muy útil para nuestra supervivencia, también ha sido y es motivo de disfrute sensorial, como demuestra el legado de nuestro admirado Van Eyck.

¡Espero que hayas encontrado útil y entretenido este post!

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