由于DNA一般是以双螺旋形式存在，因此较难将这些长链分开。但为了要让某些酵素能够参与转录作用或DNA复制，必须先由螺旋酶将两股DNA分离。在复制完成之后，两股环状DNA会产生拓扑学相连（形状上联成一体，但实际上没有化学键相接）的现象，或称纽结。
当特定的DNA环以不同程度的扭转形式存在时，称为拓朴异构物，除非打断DNA链，否则无法经由任何方式相互转变。而拓扑异构酶就是负责催化并引导一些化学反应，以使DNA的纽结状态得以解除。此外当病毒DNA插入染色体时，或是在其他型态的重组现象中，也可能会有拓扑异构酶的参与。
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