Die zweidimensionale (2D) Gelelektrophorese ist eine Methode, mit der Wissenschaftler Proteinmischungen zerlegen und analysieren, indem sie zunächst Proteinbanden entlang zweier verschiedener Achsen trennen. Es ist eine Technik, die am häufigsten bei komplizierten oder dicken Mischungen von Proteinen verwendet wird, oft mit überlappenden Proteingrößen. Die 2D-Gelelektrophorese unterscheidet sich von der eindimensionalen Gelelektrophorese, weil das erstere Verfahren die Trennung von Proteinen basierend auf zwei verschiedenen Proteineigenschaften verwendet, während die eindimensionale Gelelektrophorese normalerweise Proteine basierend auf einer einzigen Eigenschaft, wie der Proteingröße, trennt.
Gelelektrophorese wird in der Forschung häufig verwendet, um Moleküle zu trennen, indem man sich die Tatsache zunutze macht, dass viele biologische Moleküle wie DNA eine elektrische Ladung haben. Diese Tatsache kann sich Wissenschaftlern zunutze machen, da geladene Moleküle durch ein poröses Substrat wie Agarose nach Größe getrennt werden können, indem ein Spannungsgradient über ein poröses, ionisches Gel angelegt wird. Im Laufe der Zeit passieren Moleküle dieses Gel in Richtung der Ladung, die der natürlichen Ladung des Moleküls entgegengesetzt ist. Sowohl kleine als auch stark geladene Moleküle bewegen sich schneller als große Moleküle oder schwach geladene Proteine. Bei der 2D-Gelelektrophorese kann nach der Trennung von Proteinen durch ein einzelnes Merkmal, das einen Gradienten erzeugt, ein Gel dann zur Seite gedreht werden, um die zuvor resultierenden Banden basierend auf einem zweiten Merkmal zu trennen.
Die 2D-Gelelektrophorese verwendet häufig molekulare Ladungen von Proteinen als eine Eigenschaft, durch die Proteinaggregate in Einzelkomponentenproteine getrennt werden können. Proteinmasse ist ein weiteres gemeinsames Merkmal, das verwendet wird, um Proteine in der 2D-Gelelektrophorese zu trennen. Nachdem Proteine in eindimensionaler Gelelektrophorese auf einem Gel durch eine einzelne Spur laufen gelassen wurden, kann dieses Gel dann in einer Zentrifuge zentrifugiert werden, wodurch die schwereren Proteine schneller nach unten gezogen werden als die kleineren, weniger massiven Proteine. Die Richtung des Ziehens ist senkrecht zu der Richtung, in der die Proteine aufgrund der Anziehung durch eine elektrische Ladung durch einen Spannungsgradienten durch das Gel gezogen wurden.
Die Elektrophorese hat viele Anwendungen in molekularen Studien, einschließlich der Trennung von Proteinen basierend auf synthetisierten Eigenschaften, wie der Proteinmarkierung. Die Proteintrennung auf Basis einer charakteristischen Masse wird auch verwendet, wenn Proteine mit anderen Molekülen markiert werden. Diese Technik kann mit diesen Proteinkomplexen verwendet werden, da die markierten Proteine leichter durch ein Gel fallen als nicht markierte Proteine.
Während viele Trenngele in Labors aus Agarose bestehen, erfolgt die Proteintrennung durch 2D-Gelelektrophorese am besten auf Polyacrylamidgelen. Diese Arten von Gelen werden in Western Blots und anderen auf Proteingröße basierenden Assays verwendet. Agarose wird häufiger zur Trennung von DNA-Segmenten verwendet.