Nikotinamida adenina dinukleotida
ataupun "niasin". Namun, senyawa-senyawa ini juga dapat diproduksi dalam sel sendiri, yaitu melalui pelepasan gugus nikotinamida dari NAD dalam reaksi transfer ADP-ribosa. Enzim-enzim yang terlibat dalam lintasan daur ulang ini tampaknya terkonsentrasi dalam inti sel, yang mengompensasikan laju konsumsi NAD yang tinggi dalam organel ini. Sel juga dapat mendapatkan NAD secara ekstraseluler (luar sel) dari sekelilingnya.
Walaupun terdapat lintasan "de novo", lintasan daur ulang ini merupakan lintasan yang esensial pada manusia. Kekurangan niasin pada makanan mengakibatkan penyakit defisiensi vitamin pelagra. Kebutuhan NAD yang tinggi ini disebabkan oleh konsumsinya yang tinggi pada reaksi modifikasi pascatranslasi.
Lintasan daur ulang yang digunakan oleh mikroorganisme berbeda dengan lintasan yang digunakan oleh mamalia. Beberapa patogen seperti ragi "Candida glabrata" dan bakteri "Haemophilus influenzae" adalah auksotrof NAD (yakni tidak dapat mensintesis NAD). Namun mereka memiliki lintasan daur ulang, sehingga sangat bergantung pada sumber luar NAD dan prekursornya. Bahkan pada patogen seperti
"Chlamydia trachomatis", ia tidak memiliki gen untuk biosintesis maupun daur ulang NAD dan NADP, sehingga harus menerima asupan koenzim ini dari sel inangnya.
Nikotinamida adenina dinukleotida memiliki beberapa peranan esensial dalam metabolisme. Ia berperan sebagai koenzim pada reaksi redoks, sebagai donor gugus ADP-ribosa pada reaksi ADP-ribosilasi, sebagai prekursor molekul penghantara kedua ADP-ribosa siklik, dan juga sebagai substrat bagi enzim DNA ligase bakteri dan enzim sirtuin yang menggunakan NAD untuk melepaskan gugus asetil dari protein.
Peran utama NAD dalam metabolisme adalah mentransfer elektron dari satu molekul ke molekul lainnya. Reaksi seperti ini dikatalisasi oleh sekelompok besar enzim yang dinamakan oksidoreduktase. Tata nama enzim dalam kelompok oksidoreduktase mengandung nama kedua substratnya. Sebagai contoh, NADH-ubikuinon oksidoreduktase mengkatalisis
oksidasi NADH oleh koenzim Q. Namun, enzim oksidoreduktase ini juga dapat dirujuk sebagai "dehidrogenase" ataupun "reduktase". Biasanya NADH-ubikuinon oksidoreduktase disebut sebagai "NADH dehidrogenase" ataupun kadang kala "koenzim Q reduktase".
Ketika terikat pada suatu protein, NAD dan NADH biasanya terikat pada motif struktural yang dikenal dengan nama lipatan Rossmann. Motif ini dinamakan atas nama Michael Rossmann yang merupakan ilmuwan yang pertama kali memperhatikan banyaknya motif ini pada protein pengikat nukleotida. Lipatan ini mengandung tiga atau lebih lempengan beta paralel yang dihubungkan oleh dua heliks alfa dengan urutan
beta-alfa-beta-alfa-beta. Oleh karena tiap lipatan Rossmann mengikat satu nukleotida, domain pengikatan untuk dinukleotida NAD terdiri dari dua lipatan Rossmann yang berpasangan, dengan tiap lipatan mengikat satu nukleotida. Walau demikian, lipatan ini tidaklah universal ada pada enzim yang bergantung pada NAD. Baru-baru ini ditemukan suatu kelas
enzim bakteria yang terlibat dalam metabolisme asam amino mengikat koenzim ini, namun tidak memiliki motif lipatan Rossmann.
Ketika terikat pada tapak aktif suatu oksidoreduktase, cincin nikotinamida koenzim ini diposisikan sedemikiannya ia dapat menerima hidrida dari substrat enzim lainnya. Oleh karena karbon C4 yang menerima hidrogen ini prokiral, hal ini dapat digunakan dalam kinetika enzim untuk mengetahui mekanisme enzim. Hal ini dilakukan dengan mencampurkan enzim dengan substrat yang
beratom deuterium sebagai pengganti hidrogen, sehingga enzim akan mereduksi NAD dengan mentransfer deuterium daripada hidrogen. Dalam kasus ini, enzim dapat menghasilkan salah satu stereoisomer NADH. Pada beberapa jenis enzim, hidrogen ditransfer dari atas bidang cincin nikotinamida. Enzim demikian disebut sebagai oksidoreduktase "kelas A", manakala enzim kelas B mentransfer atom hidrogennya dari bawah bidang.
Walaupun terdapat kemiripan pada cara protein mengikat koenzim NAD dan NADP, enzim hampir selalu memiliki spesifisitas yang tinggi untuk mengikat hanya salah satu dari NAD maupun NADP. Spesifisitas ini mencermikan peranan metabolik kedua koenzim yang berbeda dan merupakan akibat dari perbedaan residu asam amino yang berbeda pada kantong pengikat koenzim tersebut.
Sebagai contohnya, pada tapak aktif enzim pengikat NADP, ikatan ion terbentuk antara rantai samping asam amino basa dengan gugus fosfat NADP yang asam. Sebaliknya, pada enzim yang mengikat NAD, muatan kantongnya terbalik, menjauhkan NADP untuk berikatan dengannya. Walau demikian, terdapat pengecualian terhadap kaidah ini. Enzim seperti aldosa reduktase,
glukosa-6-fosfat dehidrogenase, dan metilenatetrahidrofolat reduktase dapat menggunakan kedua enzim tersebut pada beberapa spesies organisme.