フィブロイン

フィブロインは、昆虫やクモが作り出す繭糸の大部分（約70%）を構成する、繊維状のタンパク質の一種です。中でもカイコの絹糸の主成分として最もよく知られています。その分子量は約37万と非常に大きく、2つの異なるサブユニットから成り立っています。酸やタンパク質分解酵素に対して安定した性質を持っています。

アミノ酸組成と分子構造

フィブロインを構成するアミノ酸には特徴があり、グリシン、アラニン、セリン、チロシンが特に多く含まれています。これら4種のアミノ酸で、全アミノ酸の約90%近くを占めます。約10数種類のアミノ酸が交互に連結した長い鎖状の分子ですが、グリシンが約35%、アラニンが約27%と高い比率を占めています。多くのタンパク質と比較して、これらの側鎖が小さいアミノ酸が極めて高い割合で含まれていることが、絹糸の優れた強度に大きく寄与しています。

フィブロインの分子は3500～4000個のアミノ酸が連なったもので、その分子量は35万～37万です。一般的に分子量1万以上のものを高分子と分類するため、フィブロインは非常に巨大な分子であると言えます。

フィブロイン分子の集合体は、規則正しく密に配列した「結晶性の部分」と、不規則で比較的緩やかな「非結晶性の部分」から構成されています。結晶化度、すなわち結晶性部分が全体に占める割合は約40～50%とされています。この結晶性と非結晶性のバランスが、絹糸の引っ張りに対する強さや伸びやすさ、あるいは吸湿性や染色性といった特性に深く関わっています。結晶性の部分は主にグリシン、アラニン、セリンのような側鎖が小さいアミノ酸によって形成される一方、非結晶性の部分はチロシンのように比較的大きな側鎖を持つアミノ酸を含むことが知られています。

特性

カイコが紡ぎ出す繊維状のフィブロインは、さらに細かな「フィブリル」と呼ばれる繊維の束へと分解できます。このフィブリルは「ミクロフィブリル」とも称され、その内部には非常に微細な空隙が存在する分子構造を持っています。フィブロイン分子間には、イオン結合、静電結合、水素結合といった互いに引き合う力が強く働く部分が多く存在するため、分子がしっかりと束になる傾向があります。この分子間の凝集力は強く、例えばレーヨンやナイロンの約1.7倍にも及びます。また、同じ太さで比較した場合、鋼鉄（44～48kg/mm²）に匹敵するほどの引っ張り強度を持つとされています。適度な結晶化度を持つことで、繊維に適度な「腰」を与えています。

フィブロインが持つ多孔質構造は、空気や水蒸気といった分子量の小さい物質は容易に通す一方で、水滴のような分子量の大きな物質は通しにくいという性質を生み出します。これにより、優れた通気性や透湿性を保ちながら、ある程度の防水性も兼ね備えています。さらに、この多孔質で均一でない断面構造（異型断面構造）は、光をあらゆる方向に乱反射させ、絹独特の美しい光沢を生み出す要因ともなっています。

また、フィブロインは人体との親和性が高いことも特徴です。厳密には人間の体内のタンパク質とは組成が異なりますが、生体が異物として認識しにくく、細胞が馴染みやすいため、組織の再生を促す特性があることが分かっています。

応用分野

古くから絹糸は、その見た目の美しさ、滑らかな触り心地、そして通気性や透湿性といった機能性の高さから、衣料品、特に高級素材として広く利用されてきました。しかし近年、フィブロインがアミノ酸から構成されるタンパク質であることに着目し、その多様な特性を活かした衣料分野以外の応用が活発に進められています。

特に注目されているのが「食べるシルク」です。パウダーや錠剤など、様々な形態のフィブロインを原料とした栄養補助食品が開発されています。フィブロインに豊富に含まれるアミノ酸には、それぞれ健康や美容をサポートする機能が期待されています。例えば、最も多いグリシンは、コラーゲンや天然保湿因子の生成に関わるだけでなく、リラックス効果、睡眠の質の向上、コレステロール値の抑制、免疫機能のサポートといった働きが研究されています。次に多いアラニンもまた、コラーゲンや天然保湿因子の原料となるほか、体内でエネルギーに変換されやすく、疲労回復や肝機能のサポート、さらには体脂肪の分解を助ける作用も認められています。また、セリンは、皮膚や爪、髪の主要成分であるシステインの合成に関わる重要なアミノ酸です。これらのアミノ酸の機能性を活かした栄養補助食品の実用化が進んでいます。

フィブロインの食品化については、その大きな分子量が消化吸収の課題となっていました。しかし、酵素を用いてフィブロインをアミノ酸やオリゴペプチドといったより分子量の小さい形に分解する技術が確立されたことで、消化吸収の問題も克服されつつあります。

さらに、フィブロインが生体になじみやすく、細胞の再生を助ける特性を持つことから、医療分野での応用研究も進んでいます。生体適合性に優れたフィブロイン膜を用いた人工皮膚などが開発されており、近い将来の実用化が期待されています。

2010年には、岩手大学との共同研究で「カイコシルクパウダーペプチドにおけるLC-MS/MSならびにアンチエイジング機能の解析」という研究論文が発表されており、フィブロインのさらなる可能性についての研究が進められています。

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