Phenylketonuria (PKU) は、フェニルアラニン水酸化酵素の欠損による遺伝性の代謝異常症である。 この酵素の欠損により、精神遅滞、臓器障害、異常な姿勢が生じ、母体がPKUの場合、妊娠に重大な障害をもたらすことがある。

古典的なPKUは、12番染色体にあるフェニルアラニン水酸化酵素（PAH）の遺伝子の対立遺伝子に変異が生じることで、常染色体劣性遺伝する疾患であります。 フェニルアラニン水酸化酵素は、体内でアミノ酸であるフェニルアラニンを別のアミノ酸であるチロシンに変換する働きがあります。 PAHの遺伝子の両方のコピーに変異があると、酵素が不活性になるか、効率が悪くなり、体内のフェニルアラニンの濃度が有毒なレベルまで蓄積される可能性があることを意味します。 また、PAHに変異があると、高フェニルアラニン血症と呼ばれる表現型の軽いPKUになる場合があります。 どちらの病気もPAH遺伝子座のさまざまな変異の結果であり、患者さんがPAHの2つの変異をヘテロ接合で持っている場合（つまり遺伝子のそれぞれのコピーに異なる変異がある）、より軽い変異が優勢になります。

マウスでPKUが発見され、これらのモデル生物は病気の理解を深め、それに対する治療法を見つけるために役立てられています。 また、PKUを持つ母親は健康な子供を産むことができます。