Carbamylphosphat, H₂N-COO~PO₃H₂, ein energiereiches, phosphoryliertes Carbamat, das eine wichtige Zwischenstufe im Stoffwechsel des Stickstoffs einnimmt. Die Carbaminsäure NH₂COOH ist in freier Form unbeständig. Das bei der Hydrolyse von Carbamylverbindungen, wie z.B. der Ureidpropionsäure (Pyrimidinabbau), freigesetzte Carbamat zerfällt sofort in CO₂ und Ammoniak. C. (Abb.) ist eine spezifische Ausgangsverbindung der Biosynthese von Arginin und Harnstoff (Harnstoff-Zyklus) sowie von Pyrimidinen nach dem Orotsäureweg (Pyrimidinbiosynthese).
C. wird de novo oder durch Phosphorolyse von Ureidverbindungen gebildet. Die Neusynthese erfolgt unter der Wirkung von drei verschiedenen Enzymen:
1) Die in der Leber von Wirbeltieren vorkommende Carbamylphosphat-Synthetase I (EC 6.4.3.16) katalysiert die irreversible Bildung von C. aus Ammoniumhydrogencarbonat und benötigt unter Verbrauch von 2 Molekülen ATP N-Acetyl-L-glutamat (AGA) als Cofaktor:



Die Funktion des AGA besteht darin, die aktive Enzymkonformation herzustellen. Bei der Aktivierung des Kohlendioxids spielt es keine Rolle. Das Enzym ist in den Mitochondrien lokalisiert und der Arginin- und Harnstoffbildung funktionell zugeordnet.
 2) Die Carbamylphosphat-Synthetase II (Glutaminhydrolyse; EC 6.3.5.5) katalysiert die irreversible Synthese von C. durch Übertragung des Amidstickstoffs von L-Glutamin:



Das cytosolische Enzym ist funktionell der Pyrimidinsynthese zugeordnet. Freie Ammoniumionen können das Glutamin erst in unphysiologisch hohen Konzentrationen ersetzen.
 3) Die Carbamat-Kinase (Carbamylphosphokinase) katalysiert die Phosphorylierung von Carbamat durch ATP :
NH₂-COO- + ATP

H₂NCOOPO₃H₂ + ADP.
Das Enzym kommt in den verschiedenartigsten Mikroorganismen (Streptococcus, Neurospora u.a.) vor. In thermodynamischer Hinsicht ist die ATP-Bildung begünstigt. Deshalb nimmt man an, dass die Funktion des Enzyms nicht in der Neusynthese von C., sondern in der ATP-Synthese besteht. Verschiedene Mikroorganismen führen die Phosphorolyse von Allantoin und Citrullin durch. Dabei wird C. gebildet, das dann für die Synthese von ATP eingesetzt werden kann. Die Phosphorolyse von Citrullin führt zu Ornithin und C. Bei der Allantoinfermentation durch Streptococcus allantoicus und Arthrobacter allantoicus wird Carbamyloxamidsäure (Oxalursäure) gebildet, die unter Aufnahme von anorganischem Phosphat phosphorolytisch gespalten wird:
NH₂-CO-NH-CO-COOH + P_i → NH₂CO-COOH + NH₂COOPO₃H₂.
Die ATP-Bildung über C. aus Citrullin oder Allantoin sind Beispiele für eine Substratkettenphosphorylierung.
Zur Transcarbamylierung wird stets C. als Donor der Carbamylgruppe benötigt, d.h. eine Transcarbamylierung aus Ureidverbindungen ist nicht direkt möglich. C. ist wahrscheinlich auch der Carbamyldonor bei der Biosynthese von O- und N-Carbamylderivaten, z.B. Albizziin. C. stellt eine Art stoffwechselaktives Ammoniak als Ausgangsverbindung für andere Stickstoffverbindungen dar (Abb.).

Carbamylphosphat