Autosomálně recesivní vrozené methemoglobinémie je způsobena mutací v CYB5R3 gen. Tento gen poskytuje instrukce pro výrobu enzymu zvaného cytochrom B5 reduktáza 3. Tento enzym se podílí na přenosu negativně nabitých částic nazývaných elektrony z jedné molekuly do druhé. Dvě verze (isoformy) tohoto enzymu jsou produkovány z genu CYB5R3., Rozpustný izoform je přítomen pouze v červených krvinkách a izoform vázaný na membránu se nachází ve všech ostatních typech buněk.
každá molekula hemoglobinu obsahuje čtyři atomy železa, které jsou potřebné k přenosu kyslíku. V normálních červených krvinkách je železo v hemoglobinu železné (Fe2+), ale může se spontánně stát železitým (Fe3+). Když hemoglobin obsahuje železité železo, je to methemoglobin. Rozpustný izoform cytochromu b5 reduktázy 3 mění železité železo zpět na železné železo, takže hemoglobin může dodávat kyslík do tkání. Obvykle červené krvinky obsahují méně než 2 procenta methemoglobinu.,
isoform vázaný na membránu je v těle široce používán. Tento izoform je nezbytný pro mnoho chemických reakcí, včetně rozpadu a tvorby mastných kyselin, tvorby cholesterolu a rozpadu různých molekul a léků.
genové mutace CYB5R3, které způsobují autozomálně recesivní vrozenou methemoglobinemii typu I, obvykle snižují enzymovou aktivitu nebo stabilitu. Výsledkem je, že enzym nemůže účinně měnit železité železo na železné železo, což vede ke zvýšení methemoglobinu o 10 až 50 procent v červených krvinkách., Toto zvýšení methemoglobinu a odpovídající snížení normálního hemoglobinu snižuje množství kyslíku dodávaného do tkání. Změněná enzymová aktivita ovlivňuje pouze červené krvinky, protože jiné buňky mohou kompenzovat pokles enzymové aktivity, ale červené krvinky nemohou.
mutace, které způsobují autozomálně recesivní vrozenou methemoglobinemii typu II, obvykle vedou k úplné ztrátě enzymové aktivity. Buňky nemohou kompenzovat úplnou ztrátu tohoto enzymu, což vede v 10 až 70 procent zvýšení methemoglobinu v červených krvinkách., Toto zvýšení methemoglobinu a odpovídající snížení normálního hemoglobinu vede k cyanóze. Nedostatečná aktivita enzymu v jiných buňkách vede k neurologické funkce spojené s typu II. Výzkumníci podezření, že neurologické problémy jsou způsobeny poruchou mastných kyselin a cholesterolu formace, která snižuje tvorbu tukové látky zvané myelin. Myelin
izoluje nervové buňky a podporuje rychlý přenos nervových impulzů., Tato snížená schopnost tvořit myelin (hypomyelinizace) vede ke ztrátě nervových buněk, zejména v mozku. Ztráta těchto buněk pravděpodobně přispívá k encefalopatii a pohybovým poruchám charakteristickým pro autosomálně recesivní vrozenou methemoglobinemii typu II.