Autosomal recessiv medfödd methemoglobinemi orsakas av mutationer i CYB5R3-genen. Denna gen ger instruktioner för att göra ett enzym som kallas cytokrom b5 reduktas 3. Detta enzym är involverat i att överföra negativt laddade partiklar som kallas elektroner från en molekyl till en annan. Två versioner (isoformer) av detta enzym produceras från CYB5R3 gen., Den lösliga isoformen är endast närvarande i röda blodkroppar, och den membranbundna isoformen finns i alla andra celltyper.

varje hemoglobinmolekyl innehåller fyra järnatomer, som behövs för att bära syre. I normala röda blodkroppar är järnet i hemoglobin järn (Fe2+), men det kan spontant bli järn (Fe3+). När hemoglobin innehåller järnjärn är det methemoglobin. Den lösliga isoformen av cytokrom b5 reduktas 3 ändrar järnjärn tillbaka till järnjärn så att hemoglobin kan leverera syre till vävnader. Normalt innehåller röda blodkroppar mindre än 2 procent methemoglobin.,

membranbunden isoform används ofta i kroppen. Denna isoform är nödvändig för många kemiska reaktioner, inklusive nedbrytning och bildning av fettsyror, bildandet av kolesterol och nedbrytningen av olika molekyler och droger.

CYB5R3 genmutationer som orsakar autosomal recessiv medfödd methemoglobinemi typ I minskar typiskt enzymaktivitet eller stabilitet. Som ett resultat kan enzymet inte effektivt ändra järnjärn till järnjärn, vilket leder till en 10 till 50-procentig ökning av methemoglobin inom röda blodkroppar., Denna ökning av methemoglobin och motsvarande minskning av normalt hemoglobin minskar mängden syre som levereras till vävnader. Den förändrade enzymaktiviteten påverkar endast röda blodkroppar eftersom andra celler kan kompensera för en minskning av enzymaktiviteten, men röda blodkroppar kan inte.

mutationer som orsakar autosomal recessiv medfödd metemoglobinemi typ II resulterar vanligtvis i en fullständig förlust av enzymaktivitet. Celler kan inte kompensera för en fullständig förlust av detta enzym, vilket resulterar i en 10 till 70 procent ökning av methemoglobin inom röda blodkroppar., Denna ökning av methemoglobin och motsvarande minskning av normalt hemoglobin leder till cyanos. Bristen på enzymaktivitet i andra celler leder till de neurologiska egenskaperna i samband med typ II. forskare misstänker att de neurologiska problemen orsakas av nedsatt fettsyra och kolesterolbildning, vilket minskar produktionen av en fet substans som kallas myelin. Myelin isolerar nervceller och främjar snabb överföring av nervimpulser., Denna reducerade förmåga att bilda myelin (hypomyelinisering) leder till förlust av nervceller, särskilt i hjärnan. Förlusten av dessa celler bidrar sannolikt till encefalopati och rörelsestörningar som är karakteristiska för autosomal recessiv medfödd metemoglobinemi typ II.