Fenilketonūrija (PKU) ir iedzimta slimība, kuras gadījumā organisms nespēj noārdīt fenilalanīnu, neaizvietojamu aminoskābi, kas atrodama pārtikas produktos, kas satur olbaltumvielas, piemēram, sierā, gaļā un pienā. Fenilketonūrijai nav daudz dažādu iemeslu, jo iedzimts traucējums nozīmē, ka slimība ir saistīta ar ģimeni. Šajā ziņā var teikt, ka viens no fenilketonūrijas cēloņiem ir tas, ka abi skartās personas vecāki nēsā un nodod bērnam bojāto fenilalanīna hidroksilāzes (PAH) gēnu. Tomēr parasti PAH gēna mutācijas ir tas, kas izraisa fenilketonūriju, un dažādas mutācijas nosaka stāvokļa smagumu.
Kā autosomāli recesīvs traucējums, fenilketonūrija rodas, ja bērns manto bojātu PAH gēnu no abiem vecākiem. Slimās personas vecākiem ne vienmēr ir traucējumi, jo viņiem ir tikai viena bojāta gēna kopija, nevis divas, kā to dara viņu bērns. Personu, kas nēsā gēnu, bet kurai nav traucējumu, sauc par nesēju. Vairumā gadījumu nesēji gēnu nodod neapzināti. Tas ir tāpēc, ka nesējiem parasti nav nekādu traucējumu simptomu, un tādējādi viņi neapzinās, ka viņiem ir bojāts gēns.
Lai gan PAH gēna mutācijas izraisa fenilketonūriju, dažādi šo mutāciju līmeņi ir atbildīgi par dažādām fenilketonūrijas formām. Lai to saprastu, vislabāk ir vispirms iegūt pamatinformāciju par pašu traucējumiem. Būtībā PAH gēns satur norādījumus, kas ļauj organismam ražot fenilalanīna hidroksilāzes enzīmu, kas ir atbildīgs par fenilalanīna sadalīšanu un pārvēršanu citos savienojumos. PAH gēna mutācijas var samazināt vai pilnībā apturēt šī enzīma ražošanu, kas pēc tam ļauj fenilalanīnam uzkrāties pārmērīgā daudzumā organismā. Šīs aminoskābes uzkrāšanās ir bīstama, jo tā var kaitēt centrālajai nervu sistēmai un izraisīt smadzeņu bojājumus.
Vieglas traucējumu formas, piemēram, fenilketonūrijas variants, rodas, ja gēnu mutācija joprojām ļauj saglabāt kādu enzīmu aktivitāti organismā, efektīvi palīdzot noārdīt fenilalanīnu. Smagākā forma, klasiskā fenilketonūrija, rodas, ja enzīmu aktivitāte nav vai tā ir samazināta līdz vietai, kurā ir atļauta aminoskābes uzkrāšanās. Lai gan dažādas PAH gēna mutācijas nosaka skartās personas stāvokļa smagumu, tiek uzskatīts, ka arī citi gēni var ietekmēt fenilketonūrijas smagumu, lai gan par to nav daudz zināms.