Dvodimenzionalna (2D) elektroforeza v gelu je metoda, ki jo znanstveniki uporabljajo za razstavljanje in analizo beljakovinskih mešanic tako, da najprej ločijo pasove beljakovin vzdolž dveh različnih osi. To je tehnika, ki se najpogosteje uporablja pri obravnavanju zapletenih ali debelih mešanic beljakovin, pogosto s prekrivajočimi se velikostmi beljakovin. 2D gel elektroforeza se razlikuje od enodimenzionalne elektroforeze v gelu, ker prva metoda uporablja ločevanje beljakovin na podlagi dveh različnih značilnosti beljakovin, medtem ko enodimenzionalna elektroforeza v gelu običajno loči beljakovine na podlagi ene same lastnosti, kot je velikost beljakovin.
Gel elektroforeza se pogosto uporablja v raziskavah za ločevanje molekul z uporabo dejstva, da imajo številne biološke molekule, kot je DNK, električni naboj. To dejstvo je mogoče uporabiti v prid znanstvenikom, ker je mogoče nabite molekule ločiti po velikosti skozi porozni substrat, kot je agaroza, z uporabo gradienta napetosti na poroznem, ionskem gelu. Sčasoma bodo molekule prešle skozi ta gel proti naboju, ki je nasproten naravnemu naboju molekule. Majhne molekule in močno nabite molekule se premikajo hitreje kot velike molekule ali proteini, ki so šibko nabiti. Pri 2D gel elektroforezi se lahko po ločevanju beljakovin prek ene same lastnosti, ki ustvari gradient, gel nato obrne vstran, da loči tiste prej nastale pasove na podlagi druge značilnosti.
2D gel elektroforeza pogosto uporablja molekularne naboje beljakovin kot eno značilnost, s katero lahko beljakovinske agregate ločimo v enokomponentne beljakovine. Beljakovinska masa je še ena pogosta značilnost, ki se uporablja za ločevanje beljakovin v 2D gel elektroforezi. Potem ko se proteini v enodimenzionalni gel elektroforezi izvajajo na gelu skozi en sam pas, se lahko ta gel zavrti v centrifugi, pri čemer težje beljakovine potegnejo navzdol hitreje kot manjše, manj masivne beljakovine. Smer vlečenja je pravokotna na smer, v katero so bili proteini potegnjeni skozi gel zaradi privlačnosti električnega naboja skozi gradient napetosti.
Elektroforeza ima veliko uporab v molekularnih študijah, vključno z ločevanjem beljakovin na podlagi sintetiziranih značilnosti, kot je označevanje beljakovin. Ločevanje beljakovin na podlagi značilne mase se uporablja tudi, ko so beljakovine označene z drugimi molekulami. To tehniko je mogoče uporabiti s temi proteinskimi kompleksi, ker bodo označeni proteini lažje padli skozi gel kot neoznačeni proteini.
Medtem ko je veliko ločevalnih gelov v laboratorijih narejenih iz agaroze, je ločevanje beljakovin z 2D gel elektroforezo najbolje izvesti na poliakrilamidnih gelih. Te vrste gelov se uporabljajo v Western Blots in drugih testih, ki temeljijo na velikosti beljakovin. Agaroza se pogosteje uporablja za ločevanje segmentov DNK.