Fenilketonüri (PKU) ve fenilalanin arasındaki ilişki şu şekildedir: PKU, fenilalanin metabolize edilememesi sonucu ortaya çıkan genetik bir hastalıktır. Fenilalanin, proteinlerin yapı taşı olan bir amino asittir. PKU hastalarında, karaciğerdeki fenilalanin hidroksilaz enzimi düzgün çalışmaz ve fenilalanin kanda birikir. Kanda biriken fenilalanin, geri dönüşsüz beyin hasarına yol açar ve zihinsel geriliğe neden olabilir. PKU tedavisinin temel amacı, kan fenilalanin seviyesini 2-6 mg/dL arasında tutmaktır. Diyet tedavisi, fenilalaninden kısıtlı besinlerle uygulanır; et, süt, yumurta gibi yüksek fenilalanin içeren gıdalar tüketilmez.