Il gene della PAH è stato localizzato sul cromosoma 12, nella regione q22-q24 34,35 . E' formato da circa 90000 nucleotidi (90 kb) e le regioni codificanti per la PAH sono contenute in 13 esoni inframmezzati da una serie di introni non codificanti 36,37  Anche se sia l'omodimero sia l'omotetramero della fenilalanina idrossilasi sono cataliticamente attivi, le due forme presentano differenti cinetiche d'attivazione. Oltre a ridurre l'efficienza catalitica, il dimero non mostra cooperatività positiva verso L-Phe (che ad alte concentrazioni attiva l'enzima),suggerendo come la Phe regoli allostericamente l'enzima influenzando l'interazione dimero-dimero. Le mutazioni sono così distribuite all'interno dell'enzima: La maggior parte (70%) sono posizionate nel dominio catalitico; 16% nel dominio regolatore (N-terminale); 14% nel dominio di tetramerizzazione (C-terminale).I progressi della genetica molecolare hanno permesso di definire una serie di mutazioni responsabili del difetto di PAH. Come per molte altre malattie ereditarie, l'eterogeneità genetica della PKU è risultata molto estesa, con 564 mutazioni descritte concentrate soprattutto nell'esone 7 (database internazionale: http://www.pahdb/mcgill.ca) come viene mostrato nella mappa nella pagina seguente (Fig. 9). La prima mutazione PKU identificata nel gene PAH è stata il cambiamento di una singola base (GT a AT) al 5' di un introne di un sito donatore di splicing; questa mutazione provoca un'anomala elaborazione dell'mRNA e di conseguenza la perdita di attività enzimatica>;. Con il procedere degli studi si è visto che un terzo delle mutazioni si trovano nell'esone 7 anche se Dwomiczak nel 1992 ha concluso come questo sia probabilmente un riflesso dell'importanza funzionale di questa sequenza altamente conservata, piuttosto che una conseguenza del suo essere un hotspot funzionale. Tab. 4: Totale delle mutazioni finora scoperte e suddivisione per tipo.Come illustrato nelle tabella n°4, salvo rare eccezioni, le alterazioni geniche responsabili della PKU non sono ampie delezioni 8 , ma coinvolgono solo uno o pochi nucleotidi. Gli effetti sull'attività enzimatica sono strettamente dipendenti dal tipo e dalla posizione della mutazione. Nella maggior parte dei casi si verificano due tipi di alterazione genica.Nel primo caso la mutazione è rappresentata dalla sostituzione di un nucleotide con un altro. Tale sostituzione può dare luogo a: mutazioni "missense", nelle quali la sostituzione nucleotidica causa il cambio di un aminoacido con un altro. Esse rappresentano circa il 60% di tutte le mutazioni causali. mutazioni "nonsense", nelle quali il cambio nucleotidico trasforma il codone in uno dei tre codoni di stop (TAA-TAG-TGA). Queste mutazioni sono normalmente indicate con una X finale e causano un blocco prematuro del processo di traduzione con conseguente formazione di un polipeptide enzimatico troncato. mutazioni "del sito di splicing", ove la sostituzione di un nucleotide 