autosomalnie recesywnie wrodzona methemoglobinemia jest spowodowana mutacjami w genie CYB5R3. Gen ten zawiera instrukcję wytwarzania enzymu zwanego reduktazą cytochromu b5 3. Enzym ten bierze udział w przenoszeniu ujemnie naładowanych cząstek zwanych elektronami z jednej cząsteczki do drugiej. Z genu CYB5R3 wytwarzane są dwie wersje (izoformy) tego enzymu., Rozpuszczalna izoforma jest obecna tylko w czerwonych krwinkach, a izoforma związana z błoną znajduje się we wszystkich innych typach komórek.
każda cząsteczka hemoglobiny zawiera cztery atomy żelaza, które są potrzebne do przenoszenia tlenu. W normalnych czerwonych krwinek, żelazo w hemoglobinie jest żelazem (Fe2+), ale może samoistnie stać się żelazem (Fe3+). Gdy hemoglobina zawiera żelazo, jest methemoglobina. Rozpuszczalna izoforma reduktazy cytochromu b5 3 zmienia żelazo z powrotem na żelazo, dzięki czemu hemoglobina może dostarczać tlen do tkanek. Normalnie czerwone krwinki zawierają mniej niż 2 procent methemoglobiny.,
izoform związany z membraną jest szeroko stosowany w organizmie. Ta izoforma jest niezbędna dla wielu reakcji chemicznych, w tym rozpadu i tworzenia kwasów tłuszczowych, tworzenia cholesterolu i rozpadu różnych cząsteczek i leków.
mutacje genu CYB5R3 powodujące autosomalną recesywną wrodzoną methemoglobinemię typu I zazwyczaj zmniejszają aktywność enzymu lub stabilność. W rezultacie enzym nie może skutecznie zmieniać żelaza żelazowego na żelazo, co prowadzi do wzrostu methemoglobiny o 10 do 50 procent w krwinkach czerwonych., Ten wzrost methemoglobiny i odpowiedni spadek normalnej hemoglobiny zmniejsza ilość tlenu dostarczanego do tkanek. Zmieniona aktywność enzymu wpływa tylko na czerwone krwinki, ponieważ inne komórki mogą kompensować spadek aktywności enzymu, ale czerwone krwinki nie mogą.
mutacje powodujące autosomalną recesywną wrodzoną methemoglobinemię typu II zwykle powodują całkowitą utratę aktywności enzymu. Komórki nie mogą zrekompensować całkowitej utraty tego enzymu, co powoduje 10 do 70 procent wzrostu methemoglobiny w krwinkach czerwonych., Ten wzrost methemoglobiny i odpowiednie zmniejszenie normalnej hemoglobiny prowadzi do sinicy. Brak aktywności enzymu w innych komórkach prowadzi do cech neurologicznych związanych z typem II. naukowcy podejrzewają, że problemy neurologiczne są spowodowane zaburzeniami tworzenia kwasów tłuszczowych i cholesterolu, co zmniejsza produkcję substancji tłuszczowej zwanej mieliną. Mielina
izoluje komórki nerwowe i sprzyja szybkiemu przekazywaniu impulsów nerwowych., Ta zmniejszona zdolność do tworzenia mieliny (hypomyelination) prowadzi do utraty komórek nerwowych, szczególnie w mózgu. Utrata tych komórek prawdopodobnie przyczynia się do zaburzeń encefalopatii i ruchu charakterystycznych dla autosomalnej recesywnej wrodzonej methemoglobinemii typu II.