Dvodimenzionalna (2D) gel elektroforeza je metoda koju znanstvenici koriste za rastavljanje i analizu proteinskih smjesa tako što prvo odvajaju trake proteina duž dvije različite osi. To je tehnika koja se najčešće koristi kada se radi o kompliciranim ili gustim smjesama proteina, često s preklapajućim veličinama proteina. 2D gel elektroforeza razlikuje se od jednodimenzionalne gel elektroforeze jer prva metoda koristi odvajanje proteina na temelju dvije različite karakteristike proteina, dok jednodimenzionalna gel elektroforeza obično razdvaja proteine na temelju jedne karakteristike, poput veličine proteina.
Gel elektroforeza se često koristi u istraživanjima za odvajanje molekula korištenjem činjenice da mnoge biološke molekule, poput DNK, imaju električni naboj. Ova se činjenica može iskoristiti u korist znanstvenika jer se nabijene molekule mogu razdvojiti po veličini kroz porozni supstrat poput agaroze primjenom gradijenta napona preko poroznog, ionskog gela. S vremenom će molekule proći kroz ovaj gel, prema naboju koji je suprotan prirodnom naboju molekule. Male molekule i jako nabijene molekule kreću se brže od velikih molekula ili proteina koji su slabo nabijeni. U 2D gel elektroforezi, nakon odvajanja proteina kroz jednu karakteristiku, što stvara gradijent, gel se zatim može okrenuti u stranu kako bi se odvojile one prethodno nastale trake na temelju druge karakteristike.
2D gel elektroforeza često koristi molekularne naboje proteina kao jednu karakteristiku kojom se proteinski agregati mogu odvojiti u jednokomponentne proteine. Proteinska masa je još jedna uobičajena karakteristika koja se koristi za odvajanje proteina u 2D gel elektroforezi. Nakon što se proteini prođu na gelu kroz jednu traku u jednodimenzionalnoj gel elektroforezi, taj se gel može vrtjeti u centrifugi, povlačeći teže proteine prema dolje brže od manjih, manje masivnih proteina. Smjer povlačenja je okomit na smjer u kojem su proteini povučeni kroz gel zbog privlačenja električnog naboja kroz gradijent napona.
Elektroforeza ima mnoge primjene u molekularnim studijama, uključujući odvajanje proteina na temelju sintetiziranih karakteristika, poput označavanja proteina. Odvajanje proteina na temelju karakteristične mase također se koristi kada su proteini označeni drugim molekulama. Ova tehnika se može koristiti s ovim proteinskim kompleksima jer će označeni proteini lakše proći kroz gel nego neoznačeni proteini.
Dok su mnogi gelovi za odvajanje u laboratorijima napravljeni od agaroze, odvajanje proteina 2D gel elektroforezom najbolje se provodi na poliakrilamidnim gelovima. Ove vrste gelova koriste se u Western Blots i drugim testovima koji se temelje na veličini proteina. Agaroza se češće koristi za odvajanje DNK segmenata.