Il cibo è il tessuto vegetale e animale, nonché le cellule microbiche consumate dagli organismi. Queste strutture organiche vengono scomposte in molecole digeribili che ospitano energia chimica all’interno dei loro legami. L’energia alimentare si riferisce alla potenziale fonte di energia cellulare disponibile nei legami chimici del cibo.
Tutti gli esseri viventi consumano energia nel processo di crescita e riproduzione. La fonte di tutta l’energia disponibile per la vita sulla Terra è il sole, un reattore termonucleare che ruota in sicurezza nello spazio. Attraverso il processo di fotosintesi, le piante trasformano l’energia luminosa in energia chimica, utilizzando parte di quell’energia per i propri bisogni cellulari. Altre forme di vita, compresi gli esseri umani, consumano piante per produrre sistemi biologici complessi e, a loro volta, forniscono ad altri organismi fonti aggiuntive di energia chimica nei loro tessuti corporei. La gerarchia tra questi vari organismi è chiamata catena alimentare o rete alimentare.
Il contenuto energetico del cibo può essere calcolato bruciando il materiale fino al suo completo consumo. I prodotti della reazione di combustione saranno anidride carbonica, cenere, acqua e calore. Il calore ceduto viene catturato e misurato eseguendo la reazione in un dissipatore di calore, come un recipiente di combustione rivestito d’acqua chiamato calorimetro. Questo calore è l’energia totale disponibile nel cibo ed è la base della caloria comunemente usata. Si noti che la caloria utilizzata nell’etichettatura degli alimenti è equivalente a 1,000 calorie (1 kcal o 4.182 kilojoule) di energia, come misurato.
Nel sistema digestivo di un organismo, il cibo viene convertito in sostanze chimiche che possono essere assorbite nelle cellule direttamente o indirettamente da un sistema di somministrazione circolante, come il sangue. Gli esseri umani sono in grado di acquisire carboidrati, lipidi corti e proteine come fonti di nutrimento. Altri fattori che aiutano nella costruzione dei tessuti vengono assorbiti non per il loro contenuto energetico ma come catalizzatori di reazione, cofattori o composti che il corpo non può produrre, come gli amminoacidi essenziali.
All’interno della cellula, il contenuto di carbonio delle molecole di cibo viene ossidato in anidride carbonica o altre molecole contenenti ossigeno. Il rilascio di energia dalla conversione viene catturato da una catena di molecole di trasferimento di elettroni, inclusa l’adenosina trifosfato (ATP). Le molecole consentono reazioni che costruiscono strutture rese termodinamicamente possibili abbassando le energie di attivazione.
L’energia alimentare è la fonte di energia per l’uso corrente e la base della costruzione dei tessuti. Una parte dell’energia alimentare supera i bisogni del corpo e viene immagazzinata in varie molecole per un uso successivo. Il processo di conversione dell’energia alimentare in attività cellulari attuali o in crescita cellulare è chiamato metabolismo. Organismi diversi, anche della stessa specie, svolgono questo compito a livello macro, con efficienze variabili. Quando le persone a dieta dicono che stanno guardando le loro calorie, significano che stanno cercando di controllare la loro assunzione di energia alimentare per evitare di aggiungere ulteriore capacità di stoccaggio per le molecole che immagazzinano energia in eccesso.