Principal Component Analysis: A Tool to Elucidate the Essential Movements of Biomolecules

Authors

DOI:

https://doi.org/10.48160/25913530di23.429

Keywords:

Principal Component Analysis, Molecular Dynamics, Essential space

Abstract

Principal Component Analysis (PCA) is a widely used procedure for examining data collected in biomolecule simulations. Its main virtue is that it significantly reduces the dimensionality of the molecule's configurational space. In simple terms, this means that instead of needing hundreds or thousands of coordinates to indicate how its atoms are positioned, we can achieve a fairly good description by only displaying a handful of principal components. This reduction greatly facilitates all subsequent analyses, whether qualitative or quantitative. Accordingly, PCA is used both to generate animations of the functional movements of biomolecules and to calculate their free energy surfaces or conformational entropies. However, we must note that to apply PCA effectively, it is necessary to understand its theoretical foundations in order to design strategies to avoid the algorithm's limitations. In this article, we will discuss the theoretical bases of PCA and present some procedures that allow making the most of its advantages.

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Author Biographies

Juliana Palma, Universidad Nacional de Quilmes

Es Licenciada y Doctora en Química por la Universidad Nacional de La
Plata. Realizó su posdoctorado en el University College de la ciudad de Londres. En las
distintas etapas de su carrera ha sido becaria del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), de la Fundación Antorchas, del British Council y de la Fundación Alexander von Humboldt, habiendo trabajado en las universidades de Cambridge y Londres (Reino Unido) y de Bielefeld (Alemania). Actualmente es Profesora titular de la Universidad Nacional de Quilmes, donde dicta la materia Fisicoquímica de la Diplomatura en Ciencia y Tecnología. Es también
investigadora principal del CONICET. Todos sus trabajos de investigación corresponden al
campo de Fisicoquímica Teórica y Computacional. En particular, al estudio la dinámica
molecular de proteínas y ARNs, así como también a la dinámica de reacciones químicas
en fase gaseosa.

Gustavo Pierdominici-Sottile, Universidad Nacional de Quilmes

Es Licenciado en Biotecnología por la Universidad Nacional de Quilmes (UNQ) y realizó su doctorado en esa misma universidad. Su etapa posdoctoral se desarrolló en el Quantum Theory Project de la Universidad de Florida. Ha sido becario del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), de la fundación Fulbright y del NIH. Asimismo, realizó trabajos de investigación en la universidad de Virginia Tech y dictó cursos de postgrado en la Universidad de Buenos Aires y la Universidad Nacional de Bogotá. En la actualidad, es Investigador Independiente del CONICET y Profesor Adjunto de la UNQ donde dicta la asignatura Fisicoquímica. Su experiencia en investigación incluye el desarrollo y la implementación de algoritmos computacionales para simular sistemas biológicos complejos.

Published

2024-06-07

How to Cite

Palma, J., & Pierdominici-Sottile, G. . (2024). Principal Component Analysis: A Tool to Elucidate the Essential Movements of Biomolecules. Divulgatio. Academic Postgraduate Profiles, 8(23), 71–109. https://doi.org/10.48160/25913530di23.429

Issue

Section

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