Il meccanismo d’azione della Topoisomerasi II è veramente degno di nota. L’enzima prende due segmenti di DNA non contigui, rompe la doppia elica di uno di essi e trascina l’altro segmento nella breccia creata dal taglio; dopodichè l’enzima salda il taglio.

In modo analogo la Topoisomerasi II può incatenare o disgiungere due molecole di DNA chiuse. Per svolgere il suo complicato lavoro, l’enzima utilizza energia dell’ ATP. Le topoisomerasi I, invece, non necessitano di ATP. Non possono stringere e sciogliere nodi di DNA a doppio filamento, ma possono comunque fare un lavoro simile con molecole circolari a singolo filamento. Fatto importantissimo, le Topoisomerasi di tipo I possono allentare la tensione torsionale del DNA a doppia elica. Questo tipo di tensione si instaura nella doppia elica in relazione al cambiamento dello stato topologico del DNA. La doppia elica sotto tensione da torsione dà luogo al fenomeno di superavvolgimento, che può essere compreso più facilmente nel caso di DNA circolare chiuso.

   Gli organismi attuali contengono molecole di DNA molto lunghe, costituite da milioni di coppie di basi (bp). Ne consegue che la replicazione di queste molecole giganti è associata a centinaia di migliaia di srotolamenti dei filamenti complementari gli uni sugli altri.
                                     Topoisomerasi I

Tale processo potrebbe portare inevitabilmente all’aggrovigliamento della molecola di DNA. Inoltre, in molti casi il DNA non ha affatto estremità libere: ciascuno dei filamenti complementari è chiuso in se stesso, con il risultato che i due filamenti di DNA sono legati tra di loro. Nel suo complesso, una molecola circolare chiusa di DNA può formare un nodo. La gravità dei problemi legati alla replicazione di lunghe molecole di DNA a doppia elica ha sorto dei dubbi sul fatto che il DNA all’interno della cellula assuma la configurazione a doppia elica di Watson & Crick.
La questione cruciale di come la cellula risolva i gravi problemi topologici legati a lunghe molecole lineari e a molecole circolari di DNA è stata risolta soprattutto attraverso lo studio della topologia di molecole di DNA-topoisomerasi, una nuova classe di enzimi (Wang, 1996) che modificano la topologia del DNA tagliando e risaldando i filamenti di DNA. Si distinguono in due classi di DNA-topoisomerasi: le topoisomerasi I tagliano e saldano uno dei due filamenti di DNA, quelle di tipo II tagliano e saldano entrambi i filamenti. E’ opinione generale che le DNA-topoisomerasi risolvano tutti i problemi topologici del DNA, annodamento e aggrovigliamento inclusi.