Der Prozess der Elektrophorese verwendet ein elektrisches Ladungsfeld, um geladene Teilchen zu trennen. Es wird häufig in der Biologie verwendet, um DNA- oder Proteinmoleküle zu trennen. Je nach Art und Größe der zu trennenden Moleküle können verschiedene Verfahren verwendet werden, aber alle Verfahren erfordern eine Ladungsquelle, ein Trägermedium und eine Pufferlösung.
Alle Elektrophoreseverfahren trennen Moleküle aufgrund ihrer Ladung und Größe. An die Moleküle wird ein elektrisches Feld angelegt, und da die Moleküle elektrisch geladen sind, wirkt eine Kraft auf die Moleküle. Je höher die Ladung des Moleküls ist, desto größer ist die durch das elektrische Feld ausgeübte Kraft und desto weiter bewegt sich das Molekül durch das Trägermedium. Die Größe beeinflusst auch, wie weit sich ein Molekül bewegt – ein großes Molekül bewegt sich nicht so weit wie ein kleines Molekül mit derselben Ladung. Das Verhältnis von Ladung zu Masse eines Moleküls bestimmt, wie weit es sich durch das Trägermedium bewegt.
Verschiedene Arten von Gelen sind das am häufigsten verwendete Trägermedium für die Elektrophorese. Gele können in Platten- oder Röhrenform vorliegen. Gelplatten ermöglichen die gleichzeitige Analyse vieler Proben und sind daher die am häufigsten verwendete Methode in Labors. Röhrchengele ermöglichen jedoch eine bessere Auflösung der Probenergebnisse, sodass sie manchmal die bessere Wahl für die Proteinelektrophorese sind.
Agarosegel ist eine übliche Substanz, die für die Elektrophorese von DNA und anderen Nukleinsäuren verwendet wird. Die Agarose erzeugt eine große Porenstruktur, sodass sich die großen Moleküle, die oft durch das Gel geleitet werden müssen, um DNA zu analysieren, leichter bewegen können. Wenn jedoch kleinere DNA-Moleküle sequenziert werden sollen, wird meist ein anderer Geltyp verwendet. Dieses Gel, das als denaturierendes Polyacrylamidgel oder einfach als Sequenzierungsgel bezeichnet wird, liefert Ergebnisse mit einer viel höheren Auflösung. Die Ergebnisse ermöglichen es einem Wissenschaftler, zwischen zwei DNA-Segmenten zu unterscheiden, die sich nur durch ein Basenpaar unterscheiden.
Acrylamidgele werden typischerweise zur Proteintrennung verwendet. Das gebräuchlichste Verfahren wird als Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) bezeichnet. SDS ist ein Detergens, das die Proteine denaturiert. Das Gel wird mit einem Puffer betrieben, der eine Schicht aus Ionen geringer Mobilität und eine Schicht aus Ionen hoher Mobilität enthält. Diese Schichten helfen, die Proteine nach ihrer Größe zu trennen. Proteine werden manchmal auch in nativen Gelen verwendet, die die Proteine nicht denaturieren.
Zwei fortgeschrittene Techniken sind Kapillar- und 2-D-Elektrophorese. Das Kapillarverfahren zwingt Moleküle mit der elektrischen Ladung durch ein Kapillarröhrchen und liefert sehr genaue Ergebnisse. 2-D-Elektrophorese trennt Moleküle entlang einer x-Achse und einer y-Achse. Moleküle sind entlang einer Achse nach Größe und entlang der anderen Achse nach Ladung getrennt.