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核膜包括以平行方式相互重疊的兩層膜狀構(gòu)造，也就是內(nèi)膜及外膜，兩者之間的距離約10到50納米（nm）。核膜將細(xì)胞核完全包覆，使內(nèi)側(cè)的遺傳物質(zhì)與外側(cè)的細(xì)胞質(zhì)分離。并阻擋大分子在核質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)之間自由擴(kuò)散。細(xì)胞核的外膜與另一種膜狀構(gòu)造粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，兩者皆綴有核糖體。內(nèi)外膜之間的空間稱(chēng)為核膜間隙，這些空間與粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的內(nèi)腔相連。

穿透核膜的核孔擁有類(lèi)似于通道的功能，是由多種核稱(chēng)為核孔蛋白的蛋白質(zhì)所組成。醫(yī)學(xué)教育|網(wǎng)搜集核孔的分子量約125百萬(wàn)Da，含有約50（酵母菌）到100（脊椎動(dòng)物）個(gè)蛋白質(zhì)[4].核孔的直徑為100納米，不過(guò)真正可讓分子自由擴(kuò)散的孔道只有寬9納米，這是因?yàn)楹丝字虚g存在一些調(diào)節(jié)系統(tǒng)。小型的水溶性分子可以直接通過(guò)，而大型分子如核酸與蛋白質(zhì)則會(huì)受到阻礙，需要透過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸才能進(jìn)入細(xì)胞核。典型的哺乳類(lèi)細(xì)胞核膜上，擁有約3000到4000個(gè)核孔，這些核孔含有8個(gè)形狀有如甜甜圈的環(huán)狀對(duì)稱(chēng)構(gòu)造，同時(shí)嵌于內(nèi)外膜之中。伴隨這些環(huán)狀構(gòu)造的核籃（nuclear basket），則向內(nèi)延伸進(jìn)入核質(zhì)；另外還有一系列的絲狀構(gòu)造伸入細(xì)胞質(zhì)中。這些構(gòu)造的功能是用來(lái)與核運(yùn)輸?shù)鞍捉Y(jié)合。

許多蛋白質(zhì)、核糖體次單元或RNA，可在一類(lèi)稱(chēng)為核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（karyopherin）的運(yùn)輸因子中介下通過(guò)核孔。其中可幫助分子進(jìn)入核內(nèi)的又稱(chēng)為內(nèi)輸?shù)鞍祝╥mportin）；幫助分子離開(kāi)細(xì)胞核的則稱(chēng)作外輸?shù)鞍祝╡xportin）。大多數(shù)核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可直接與欲運(yùn)送的分子作用，有些則需要轉(zhuǎn)接蛋白協(xié)助。類(lèi)固醇激素如皮質(zhì)醇與醛固酮，以及其他作為細(xì)胞信號(hào)的脂溶性分子，可以從細(xì)胞膜擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，并與將要進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)的核受體蛋白結(jié)合。這些受體與配體結(jié)合時(shí)具有轉(zhuǎn)錄因子的功用，若配體不存在，受體則有組織蛋白去乙酰酶的作用，可抑制基因表現(xiàn)。