Fenilketonurija (PKU) yra paveldima liga, kai organizmas nesugeba suskaidyti fenilalanino, nepakeičiamos aminorūgšties, randamos maisto produktuose, kuriuose yra baltymų, pavyzdžiui, sūryje, mėsoje ir piene. Fenilketonurijos priežasčių nėra daug, nes paveldimas sutrikimas reiškia, kad liga pasireiškia šeimoje. Šia prasme galima teigti, kad viena iš fenilketonurijos priežasčių yra ta, kad abu sergančio asmens tėvai nešioja ir perduoda savo vaikui sugedusį fenilalanino hidroksilazės (PAH) geną. Tačiau paprastai PAH geno mutacijos yra fenilketonurijos priežastys, o skirtingos mutacijos lemia būklės sunkumą.
Kaip autosominis recesyvinis sutrikimas, fenilketonurija atsiranda, kai vaikas paveldi sugedusį PAH geną iš abiejų tėvų. Sergančio asmens tėvai nebūtinai turi šį sutrikimą, nes turi tik vieną sugedusią geno kopiją, o ne dvi, kaip daro jų vaikas. Asmuo, turintis geną, bet neturintis šio sutrikimo, vadinamas nešiotoju. Daugeliu atvejų nešiotojai geną perduoda nesąmoningai. Taip yra todėl, kad nešiotojai paprastai nerodo jokių sutrikimo simptomų, todėl jie nesuvokia, kad turi sugedusį geną.
Nors PAH geno mutacijos yra fenilketonurijos priežastys, skirtingi šių mutacijų lygiai yra atsakingi už skirtingas fenilketonurijos formas. Norint tai suprasti, geriausia pirmiausia turėti šiek tiek pagrindinės informacijos apie patį sutrikimą. Iš esmės PAH genas turi nurodymų, leidžiančių organizmui gaminti fenilalanino hidroksilazės fermentą, kuris yra atsakingas už fenilalanino skaidymą ir pavertimą kitais junginiais. PAH geno mutacijos gali sumažinti arba visiškai sustabdyti šio fermento gamybą, todėl fenilalaninas gali kauptis per dideliais kiekiais organizme. Šios aminorūgšties kaupimasis yra pavojingas, nes gali pakenkti centrinei nervų sistemai ir sukelti smegenų pažeidimą.
Lengvos sutrikimo formos, pvz., fenilketonurija, atsiranda tada, kai dėl genų mutacijos organizme išlieka tam tikras fermentų aktyvumas, veiksmingai padedantis skaidyti fenilalaniną. Sunkesnė forma, klasikinė fenilketonurija, atsiranda, kai fermento aktyvumo nėra arba jis sumažėja iki taško, kai leidžiama kauptis aminorūgštims. Nors įvairios PAH geno mutacijos lemia paveikto asmens būklės sunkumą, manoma, kad kiti genai taip pat gali turėti įtakos fenilketonurijos sunkumui, nors apie tai mažai žinoma.