NAD 在維持細胞能量平衡方面發揮著核心作用，主要通過參與細胞呼吸過程和調節代謝途徑來實現，具體如下：
參與細胞呼吸
糖酵解過程：在細胞質中進行的糖酵解是葡萄糖分解代謝的起始階段。在這個過程中，3 - 磷酸甘油醛脫氫酶催化 3 - 磷酸甘油醛轉化為 1,3 - 二磷酸甘油酸，同時將 NAD?還原為 NADH。這一步反應不僅使糖酵解能夠繼續進行，還產生了細胞可以利用的高能電子載體 NADH，NADH 攜帶的電子后續會進入線粒體參與氧化磷酸化，為細胞生成 ATP。
三羧酸循環：在線粒體基質中，三羧酸循環是細胞呼吸的關鍵環節。在循環過程中，異檸檬酸脫氫酶、α - 酮戊二酸脫氫酶等多個酶促反應會將 NAD?還原為 NADH，同時產生二氧化碳和一些高能中間產物。這些反應產生的 NADH 會將電子傳遞給電子傳遞鏈，進一步推動 ATP 的合成。
氧化磷酸化：在線粒體內膜上，NADH 將其攜帶的電子傳遞給電子傳遞鏈，通過一系列的電子傳遞體，將電子傳遞給氧氣，同時將質子從線粒體基質泵到膜間隙，形成質子梯度。質子梯度的勢能驅動 ATP 合酶合成 ATP，這是細胞產生能量的主要方式。通過這種方式，NADH 在氧化磷酸化過程中起到了將糖酵解和三羧酸循環中產生的化學能轉化為 ATP 中活躍化學能的關鍵作用。
調節代謝途徑
調節糖代謝：NAD?/NADH 的比值可以影響糖代謝途徑中關鍵酶的活性。例如，當細胞內 NADH 水平升高時，會抑制丙酮酸脫氫酶復合物的活性，減少丙酮酸進入三羧酸循環，從而減緩糖的氧化分解。同時，高 NADH 水平還會促進糖異生途徑中某些酶的活性，使細胞利用非糖物質合成葡萄糖，以維持血糖水平的穩定，保證細胞有足夠的能量來源。
調節脂肪代謝：在脂肪代謝中，NAD 也起著重要作用。β - 氧化是脂肪酸分解代謝的主要途徑，在這個過程中，脂肪酸被逐步分解為乙酰輔酶 A，同時產生 NADH 和 FADH?。NADH 可以通過電子傳遞鏈產生 ATP，為細胞提供能量。此外，NAD?/NADH 比值還會影響脂肪合成和分解的平衡。當細胞能量充足時，高 NAD?水平會促進脂肪酸合成酶的活性，將多余的乙酰輔酶 A 轉化為脂肪酸儲存起來；而當細胞能量不足時，低 NAD?水平會激活激素敏感性脂肪酶，促進脂肪分解，釋放脂肪酸進行 β - 氧化，為細胞提供能量。
調節線粒體功能：NAD?還可以通過激活 Sirtuins 蛋白來調節線粒體的功能。SIRT3 是線粒體中的一種去乙酰化酶，它可以使參與線粒體能量代謝的酶去乙酰化，從而增強這些酶的活性，提高線粒體的呼吸功能和 ATP 產生效率。此外，SIRT3 還可以通過調節線粒體中的抗氧化酶，減少氧化應激對線粒體的損傷，維持線粒體的正常結構和功能，保證細胞能量代謝的穩定進行。
