NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）在细胞能量代谢中扮演着极为关键的角色，主要体现在以下几个方面：
作为电子载体参与氧化还原反应
在细胞呼吸的糖酵解、三羧酸循环（TCA 循环）和 β- 氧化等过程中，NAD⁺作为重要的电子受体发挥作用。例如在糖酵解过程中，甘油醛 - 3 - 磷酸在甘油醛 - 3 - 磷酸脱氢酶的作用下被氧化，同时将一个氢原子和一个电子传递给 NAD⁺，使其还原为 NADH。在 TCA 循环中，异柠檬酸脱氢酶、α- 酮戊二酸脱氢酶等反应也会产生 NADH。同样，在脂肪酸 β- 氧化过程中，脂酰辅酶 A 脱氢酶催化脂酰辅酶 A 脱氢时，也会将氢原子和电子传递给 NAD⁺生成 NADH。这些过程中产生的 NADH 会携带电子进入电子传递链。
驱动电子传递链与 ATP 生成
NADH 将其携带的电子传递给电子传递链（ETC）中的复合物 I（NADH 脱氢酶），电子在复合物 I、辅酶 Q、复合物 III、细胞色素 c 和复合物 IV 之间依次传递，在这个过程中，质子被泵出到线粒体膜间隙，形成质子梯度。
质子通过 ATP 合酶顺浓度梯度回流到线粒体基质，驱动 ATP 合酶将 ADP 和磷酸合成 ATP，这个过程被称为氧化磷酸化。每分子 NADH 通过电子传递链和氧化磷酸化过程，理论上可以产生约 2.5 分子 ATP，为细胞提供大量的能量。
维持细胞内氧化还原平衡
细胞内 NAD⁺/NADH 的比值对维持细胞的氧化还原状态至关重要。合适的比值确保细胞内的代谢反应朝着正确的方向进行。例如，在细胞处于高能量需求状态时，NAD⁺会更多地被还原为 NADH，以满足能量产生的需求；而当细胞能量水平较高时，NADH 又会通过电子传递链等途径被氧化为 NAD⁺，维持 NAD⁺/NADH 的平衡。
这种平衡还参与调节细胞内的氧化应激反应。当细胞受到氧化损伤时，NADPH 可以通过磷酸戊糖途径等产生，用于维持谷胱甘肽（GSH）的还原状态，而 NAD⁺/NADH 比值的变化也会影响到磷酸戊糖途径的通量，间接调节细胞的抗氧化能力。
参与调节代谢酶活性
NAD⁺可以直接或间接调节多种代谢酶的活性。例如，在糖代谢中，它可影响磷酸甘油酸脱氢酶等的活性，进而调控糖酵解和糖异生的平衡。当细胞内 NAD⁺水平较高时，会促进糖酵解过程，加快葡萄糖的分解代谢，为细胞提供能量；而当 NAD⁺水平较低时，糖异生作用可能会增强，以维持血糖水平的稳定。
在脂肪代谢中，NAD⁺/NADH 比值会影响脂肪酸氧化和合成相关酶的活性，如肉碱脂酰转移酶 I 等。较高的 NAD⁺/NADH 比值有利于脂肪酸的氧化分解，为细胞提供能量；而较低的比值则可能促进脂肪酸的合成，将多余的能量储存起来。
