有四个二级结构域：羧基磷酸盐域1、低聚域、氨甲酰磷酸域2以及变构域。大肠桿菌的氨甲酰磷酸合成酶异质二聚体含有两个分子通道：一个氨通道以及一个氨基甲酸盐通道。这些域间隧道将三个不同的活性位点相互连接起来，并作为不稳定的反应中间体（氨和氨基甲酸盐）在相关的活性位点之间传递的通道。氨甲酰磷酸合成酶的催化机制涉及到氨基甲酸盐自位于大亚基的N-末端域的合成位点扩散穿过酶的内部继而到达位于C-末端域的磷酸化位点。