核膜（nuclear membrane，nuclear envelope）是位於真核生物的核與細胞質交界處的雙層結構膜。有時，外膜與內質網的一部分相連接。核膜的這種基本結構，可因生物種類的不同而異。例如，綠藻類的角絲鼓藻只有一層核膜，但在變形蟲和某種脊椎動物的細胞中，在核膜內側則有第三層膜結構，即呈三層結構。另外，渦鞭蟲類中的夜光蟲有雙層膜結構，但核膜上無核孔。在高等真核生物的有絲分裂前期，核膜變成與小泡和內質網不能區分的幾個斷片。但到分裂末期，核膜在子染色體群表面重新形成，成為子核的核膜。另一方面，已知許多低等真核生物經過分裂期，其核膜仍然存在，並不消失。
核膜由內外兩層單位膜組成，每層膜厚約6.5毫微米，兩層膜間隙寬約10～30毫微米，兩層膜之間的間隙，稱核周隙最近發現核周隙中也含有酶。核膜外層的外表面附有核糖體顆粒。有的細胞中，外膜與粗面內質網膜相連續，因為內質網膜與質膜是連續的，所以核膜間隙似乎與細胞外相通。核膜內層的內表面上，有一層由多肽物質組成的網架，其作用是保持細胞核的形狀和附著染色質纖維；在有絲分裂過程中，對核膜的破裂和重建有一定的作用。核膜的特殊作用就是把核物質集中在靠近細胞中央的一個區域內，核物質的區域化有利於實現其功能。核膜上還有許多散在的孔，稱為核孔，在核孔周圍，核膜的內層與外層相連。核孔是核與細胞質進行物質交換的孔道。核膜並不是完全連續的，有許多部位內外膜互相連接，形成穿過核膜的核孔。核膜對物質有一定的通透性。離子可以通透核膜，比較小的分子，如胺基酸、糖類、魚精蛋白、組蛋白、RNA酶和DNA酶等也可通過。但是，γ球蛋白和清蛋白等大分子要經核孔進出細胞核。
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