La carboxylase est une enzyme qui catalyse une réaction de carboxylation. Elle fixe le dioxyde de carbone (qui est oxydé) en carbone organique (qui est réduit) et assure ainsi l'incorporation du CO2 dans les molécules intermédiaires notamment pour la synthèse de glucides. Contrairement aux réactions de décarboxylations qui permettent de gagner de l'énergie, les carboxylations sont coûteuses (endergoniques), c'est-à-dire qu'elles ne peuvent se réaliser que grâce à une dépense d'énergie (en général fournie par la déphosphorylation d'une molécule d'adénosine triphosphate).