NAD 在维持细胞能量平衡方面发挥着核心作用，主要通过参与细胞呼吸过程和调节代谢途径来实现，具体如下：

参与细胞呼吸

糖酵解过程：在细胞质中进行的糖酵解是葡萄糖分解代谢的起始阶段。在这个过程中，3 - 磷酸甘油醛脱氢酶催化 3 - 磷酸甘油醛转化为 1,3 - 二磷酸甘油酸，同时将 NAD⁺还原为 NADH。这一步反应不仅使糖酵解能够继续进行，还产生了细胞可以利用的高能电子载体 NADH，NADH 携带的电子后续会进入线粒体参与氧化磷酸化，为细胞生成 ATP。

三羧酸循环：在线粒体基质中，三羧酸循环是细胞呼吸的关键环节。在循环过程中，异柠檬酸脱氢酶、α - 酮戊二酸脱氢酶等多个酶促反应会将 NAD⁺还原为 NADH，同时产生二氧化碳和一些高能中间产物。这些反应产生的 NADH 会将电子传递给电子传递链，进一步推动 ATP 的合成。

氧化磷酸化：在线粒体内膜上，NADH 将其携带的电子传递给电子传递链，通过一系列的电子传递体，将电子传递给氧气，同时将质子从线粒体基质泵到膜间隙，形成质子梯度。质子梯度的势能驱动 ATP 合酶合成 ATP，这是细胞产生能量的主要方式。通过这种方式，NADH 在氧化磷酸化过程中起到了将糖酵解和三羧酸循环中产生的化学能转化为 ATP 中活跃化学能的关键作用。

调节代谢途径

调节糖代谢：NAD⁺/NADH 的比值可以影响糖代谢途径中关键酶的活性。例如，当细胞内 NADH 水平升高时，会抑制丙酮酸脱氢酶复合物的活性，减少丙酮酸进入三羧酸循环，从而减缓糖的氧化分解。同时，高 NADH 水平还会促进糖异生途径中某些酶的活性，使细胞利用非糖物质合成葡萄糖，以维持血糖水平的稳定，保证细胞有足够的能量来源。

调节脂肪代谢：在脂肪代谢中，NAD 也起着重要作用。β - 氧化是脂肪酸分解代谢的主要途径，在这个过程中，脂肪酸被逐步分解为乙酰辅酶 A，同时产生 NADH 和 FADH₂。NADH 可以通过电子传递链产生 ATP，为细胞提供能量。此外，NAD⁺/NADH 比值还会影响脂肪合成和分解的平衡。当细胞能量充足时，高 NAD⁺水平会促进脂肪酸合成酶的活性，将多余的乙酰辅酶 A 转化为脂肪酸储存起来；而当细胞能量不足时，低 NAD⁺水平会激活激素敏感性脂肪酶，促进脂肪分解，释放脂肪酸进行 β - 氧化，为细胞提供能量。

调节线粒体功能：NAD⁺还可以通过激活 Sirtuins 蛋白来调节线粒体的功能。SIRT3 是线粒体中的一种去乙酰化酶，它可以使参与线粒体能量代谢的酶去乙酰化，从而增强这些酶的活性，提高线粒体的呼吸功能和 ATP 产生效率。此外，SIRT3 还可以通过调节线粒体中的抗氧化酶，减少氧化应激对线粒体的损伤，维持线粒体的正常结构和功能，保证细胞能量代谢的稳定进行。