Faits:
A. Le 22 novembre 2006, le Conseil d'Etat genevois (ci-après: le Conseil d'Etat) a adopté le plan localisé de quartier n° 29'468. Couvrant un secteur du Petit-Saconnex, à Genève, ce plan prévoit notamment la construction de trois immeubles sur les parcelles n° 1775, 2247, 2248 et 3056 du registre foncier, dont C._ et D._ sont propriétaires. L'hoirie X._ est propriétaire de la parcelle n° 2249, contiguë aux parcelles n° 2247 et 2248 précitées. Avec d'autres opposants au plan de quartier, elle a saisi le Tribunal administratif du canton de Genève, qui a rejeté le recours par arrêt du 15 avril 2008. Le recours formé contre cet arrêt auprès du Tribunal fédéral a été rejeté le 25 septembre 2008 (arrêt 1C_248/2008).
Le 31 juillet 2009, E._ a requis l'autorisation de construire sur les parcelles n° 1775, 2247, 2248 et 3056 cinq immeubles de logements et commerces, des garages souterrains et des sondes géothermiques. Il demandait en outre l'autorisation de démolir des bâtiments et abattre des arbres situés sur ces parcelles. Par décision du 3 juin 2011, le Département des constructions et des technologies de l'information du canton de Genève (ci-après: le département des constructions) a délivré les autorisations requises. Publiées dans la Feuille d'avis officielle du canton de Genève du 8 juin 2011, ces trois autorisations ont fait l'objet d'un recours de l'hoirie X._ auprès du Tribunal administratif de première instance du canton de Genève.
Par décision du 28 juillet 2011, cette autorité a rejeté une demande de restitution de l'effet suspensif. L'hoirie X._ a recouru contre cette décision auprès de la Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève (ci-après: la Cour de justice), qui a rejeté le recours par arrêt du 8 novembre 2011. La Cour de céans a admis le recours formé contre cette décision par l'hoirie X._, en raison d'une violation du droit d'être entendu de celle-ci; la cause a dès lors été renvoyée à la Cour de justice pour nouvelle décision (arrêt 1C_568/2011 du 13 février 2012). Cette autorité a statué à nouveau le 3 avril 2012, rejetant le recours. L'hoirie X._ a derechef contesté cet arrêt auprès du Tribunal fédéral, qui a déclaré ce recours irrecevable pour cause de tardiveté (arrêt 1C_254/2012 du 21 mai 2012).
B. La parcelle n° 1775 est grevée d'une servitude de restriction de bâtir au profit de la parcelle n° 2249. Inscrite au registre foncier en 1928, cette servitude comporte l'interdiction d'édifier sur le bien-fonds grevé toute construction autre qu'une maison d'habitation dont le gabarit ne peut excéder deux étages sur rez-de-chaussée ou un étage avec combles habitables. La parcelle n° 2249 est grevée d'une servitude inscrite le même jour au profit de la parcelle n° 1775.
Le 17 novembre 2010, le Conseil d'Etat a promulgué la loi n° 10646 déclarant d'utilité publique le plan de quartier adopté le 22 novembre 2006. Cette loi se fonde sur l'art. 6A de la loi générale sur les zones de développement (LGZD; RSG L 1 35), qui a la teneur suivante:
Afin d'éviter les effets de servitudes de restriction à bâtir, le Grand Conseil peut déclarer d'utilité publique la réalisation d'un plan localisé de quartier pour autant qu'au moins 60% des surfaces de plancher, réalisables selon ce plan, soient destinées à l'édification de logements d'utilité publique au sens des articles 15 et suivants de la loi générale sur le logement et la protection des locataires, du 4 décembre 1977. La déclaration d'utilité publique s'applique uniquement à la levée des servitudes de restriction à bâtir.
L'alinéa 2 de la loi n° 10646 précitée autorise le Conseil d'Etat à décréter l'expropriation des servitudes empêchant la réalisation des bâtiments prévus par le plan, au profit des propriétaires des parcelles situées à l'intérieur du périmètre de celui-ci, conformément à l'art. 5 de la loi cantonale sur l'expropriation pour cause d'utilité publique (LEx/GE; RSG L 7 05).
Par courrier du 10 janvier 2011, le département des constructions a invité l'hoirie X._ à renoncer à la servitude constituée à son profit et grevant la parcelle n° 1775. Un délai était imparti à cet effet au 31 janvier 2011, à défaut de quoi le Conseil d'Etat serait requis de procéder à l'expropriation de la servitude. L'hoirie X._ a répondu qu'elle n'était pas en mesure de vérifier si la proportion de 60% de logements d'utilité publique prévue par l'art. 6A LGZD était respectée. Elle demandait des informations sur ce point ainsi qu'une prolongation du délai imparti. Le 10 mars 2011, le département des constructions a répondu qu'il était établi que le pourcentage de logements d'utilité publique requis pour la déclaration d'utilité publique serait effectivement atteint, de sorte qu'il transmettait un projet d'arrêté d'expropriation au Conseil d'Etat. Par deux arrêtés distincts du 25 mai 2011, communiqués séparément aux deux membres de l'hoirie X._, le Conseil d'Etat a prononcé l'expropriation de la servitude grevant la parcelle n° 1775 au profit de la parcelle n° 2249. Le 30 juin 2011, l'hoirie X._ a recouru contre ces arrêtés auprès de la Cour de justice. Ce dernier recours a été rejeté par arrêt du 8 février 2012. La Cour de justice a rejeté un grief de violation du droit d'être entendu ainsi que les moyens relatifs à la régularité formelle des arrêtés litigieux. Considérant que la garantie de la propriété n'était pas violée, elle a estimé par ailleurs qu'elle n'était pas compétente pour statuer sur le moyen relatif à un usage prétendument abusif de la clause d'urgence. Relevant que l'hoirie ne s'opposait pas à l'envoi en possession anticipée, la Cour de justice a autorisé C._ et D._ à prendre possession anticipée de la servitude de restriction de bâtir litigieuse dès le 1er mars 2012. Enfin, elle a considéré que l'hoirie X._ n'avait droit à aucune indemnité d'expropriation, de sorte qu'il n'y avait pas lieu de donner suite à sa requête tendant à la désignation d'un expert pour examiner cette question.
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, l'hoirie X._ - soit pour elle A._ et B._ - demande au Tribunal fédéral d'annuler cet arrêt ainsi que les arrêtés du Conseil d'Etat du 25 mai 2011, subsidiairement de renvoyer la cause à l'instance précédente pour nouvelle décision. Elle se plaint d'arbitraire dans l'établissement des faits et l'appréciation des preuves, d'une violation du droit d'être entendu et d'une atteinte injustifiée à la garantie de la propriété. Elle requiert en outre l'octroi de l'effet suspensif. La Cour de justice a renoncé à se déterminer. C._ et D._ ont présenté des observations et conclu à l'irrecevabilité du recours, subsidiairement à son rejet. Le Conseil d'Etat a également formulé des observations détaillées, concluant au rejet du recours.
D. Par ordonnance du 23 avril 2012, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la demande d'effet suspensif. Le 1er juin 2012, C._ et D._ ont sollicité la levée de cette mesure, en alléguant que l'autorisation de construire serait devenue "exécutoire" dès lors que le refus d'accorder l'effet suspensif au recours contre le permis de construire était devenu définitif suite à l'arrêt 1C_254/2012 précité.
Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision finale (art. 90 LTF), prise en dernière instance cantonale (art. 86 al. 1 let. d LTF) dans une cause de droit public (art. 82 let. a LTF), le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public au sens des art. 82 ss LTF, aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'étant réalisée. Les recourants sont particulièrement touchés par la décision attaquée, qui confirme l'expropriation d'une servitude dont bénéficiait leur parcelle et autorise la prise de possession anticipée de cette servitude, sans leur octroyer d'indemnité d'expropriation. Ils ont donc la qualité pour recourir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF. Pour le surplus, déposé en temps utile (art. 100 al. 1 LTF) et dans les formes prévues par la loi (art. 42 LTF), le recours est recevable.
2. L'écriture de recours comporte de nombreux éléments de fait qui ne ressortent pas de l'arrêt attaqué et les recourants se plaignent d'arbitraire dans l'établissement des faits et l'appréciation des preuves. Conformément à l'art. 105 al. 1 LTF, le Tribunal fédéral statue en principe sur la base des faits établis par l'autorité précédente. L'art. 105 al. 2 LTF lui permet cependant de rectifier ou compléter d'office les constatations de l'autorité précédente si les faits ont été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF. Cette disposition vise en particulier la violation de l'interdiction constitutionnelle de l'arbitraire (art. 97 al. 1 LTF; ATF 134 V 53 consid. 4.3 p. 62; Message concernant la révision totale de l'organisation judiciaire fédérale du 28 février 2001, FF 2001 p. 4135; pour une définition de l'arbitraire cf. ATF 134 I 263 consid. 3.1 p. 265 s.; 133 I 149 consid. 3.1 p. 153). Il appartient au recourant de démontrer cette violation, par une argumentation répondant aux exigences de motivation de l'art. 42 al. 2 LTF. Les recourants ne le font pas en l'espèce, puisqu'ils n'exposent pas précisément quels faits auraient été retenus arbitrairement ni en quoi l'arrêt attaqué serait lacunaire. Les critiques présentées à cet égard relèvent davantage du fond, les recourants reprochant essentiellement à la Cour de justice d'avoir omis de suivre leurs arguments ou de statuer sur leurs griefs visant l'autorisation de construire. Dans ces conditions, il n'y a pas lieu de s'écarter des faits retenus dans la décision attaquée, le présent grief se confondant au demeurant pour l'essentiel avec la contestation de l'appréciation juridique examinée ci-après.
3. Invoquant une violation de leur droit d'être entendus, les recourants reprochent à la Cour de justice d'avoir omis d'administrer des preuves qu'ils avaient requises et de statuer sur certains de leurs griefs.
3.1 Tel qu'il est garanti à l'art. 29 al. 2 Cst., le droit d'être entendu comprend notamment le droit pour l'intéressé de s'exprimer sur les éléments pertinents avant qu'une décision ne soit prise touchant sa situation juridique, le droit de consulter le dossier, de produire des preuves pertinentes, d'obtenir qu'il soit donné suite à ses offres de preuve pertinentes, de participer à l'administration des preuves essentielles ou à tout le moins de s'exprimer sur son résultat, lorsque cela est de nature à influer sur la décision à rendre (ATF 136 I 265 consid. 3.2 p. 272; 135 II 286 consid. 5.1 p. 293; 132 II 485 consid. 3.2 p. 494 et les arrêts cités).
L'autorité peut cependant renoncer à procéder à des mesures d'instruction lorsque les preuves administrées lui ont permis de former sa conviction et que, procédant d'une manière non arbitraire à une appréciation anticipée des preuves qui lui sont encore proposées, elle a la certitude que ces dernières ne pourraient l'amener à modifier son opinion (ATF 130 II 425 consid. 2.1 p. 429; 125 I 127 consid. 6c/cc in fine p. 135; 124 I 208 consid. 4a p. 211 et les arrêts cités). De même, l'autorité peut se limiter à l'examen des questions décisives pour l'issue du litige; il suffit que le justiciable puisse apprécier correctement la portée de la décision et l'attaquer à bon escient et que l'autorité de recours puisse exercer son contrôle (ATF 134 I 83 consid. 4.1 p. 88; 133 I 270 consid. 3.1 p. 277; 130 II 530 consid. 4.3 p. 540; 125 II 369 consid. 2c p. 372 et les références).
3.2 En l'espèce, les recourants reprochent d'abord à la Cour de justice d'avoir omis de statuer sur un certain nombre de leurs griefs. Cette autorité a en effet considéré que les critiques dirigées contre l'autorisation de construire délivrée le 3 juin 2011 ne visaient pas l'objet du litige, de sorte qu'elles étaient irrecevables. Contrairement à ce que prétendent les recourants, l'arrêt attaqué est suffisamment motivé à cet égard, dès lors qu'il expose les motifs ayant conduit la cour cantonale à ne pas entrer en matière sur les griefs en question. Les recourants tentent de remettre en cause cette appréciation en affirmant que le critère de l'utilité publique du projet ne peut pas être examiné indépendamment de l'autorisation de construire. Il serait en effet indispensable d'établir que cette autorisation respecte la proportion de 60% de logements d'utilité publique prévue par l'art. 6A LGZD pour déterminer si elle est bien d'intérêt public. Ce grief se confond cependant avec le fond, le Conseil d'Etat ayant considéré, en adoptant la loi n° 10646 susmentionnée, que le critère de l'art. 6A LGZD était respecté. Cette loi vise au demeurant "les bâtiments prévus par le plan localisé de quartier" et non pas l'autorisation de construire en elle-même, qui a d'ailleurs été délivrée ultérieurement dans une procédure distincte. Dans ces conditions, on ne voit pas ce qui imposerait un examen du permis de construire dans le cadre de la loi déclarant d'utilité publique le plan localisé de quartier. C'est donc à juste titre que les griefs visant ledit permis ont été déclarés irrecevables dans la présente procédure, cette décision ne consacrant aucune violation du droit d'être entendu.
Les recourants invoquent une violation de ce même droit en raison du refus de la Cour de justice d'administrer des preuves. Ils contestent à cet égard le rejet de leur requête tendant à la désignation d'un expert pour évaluer l'indemnité d'expropriation à laquelle ils prétendent avoir droit. La Cour de justice ayant précisément considéré qu'ils ne pouvaient pas prétendre à une telle indemnité, la motivation du refus d'administrer le moyen de preuve précité apparaît clairement. Cela étant, dans la mesure où les considérants qui suivent remettent en cause l'appréciation de l'instance précédente sur ce point, il n'est pas exclu que l'expertise requise s'avère finalement nécessaire pour évaluer l'indemnité éventuellement due aux recourants. Il appartiendra à la Cour de justice de trancher cette question dans le cadre de la nouvelle décision à rendre en application du présent arrêt.
4. Pour le surplus, les recourants se plaignent essentiellement d'une atteinte injustifiée à la garantie de la propriété. Ils invoquent en outre une violation des principes de la proportionnalité et une absence d'intérêt public, sans que l'on puisse rattacher leurs arguments à ces notions. On comprend cependant qu'ils reprochent à la Cour de justice d'avoir considéré que l'expropriation de la servitude dont bénéficiait leur parcelle ne donnait droit à aucune indemnité.
4.1 Conformément à l'art. 26 al. 2 Cst., une pleine indemnité est due en cas d'expropriation ou de restriction de la propriété qui équivaut à une expropriation. Ce principe est repris à l'art. 14 LEx/GE, qui prévoit que l'expropriation ne peut avoir lieu que moyennant indemnité pleine et entière. Aux termes de l'art. 18 al. 1 LEx/GE, cette indemnité comprend la pleine valeur vénale du droit exproprié (let. a), en cas d'expropriation partielle d'un immeuble ou de plusieurs immeubles dépendant économiquement les uns des autres, le montant dont est réduite la valeur vénale de la partie restante (let. b) et le montant de tous autres préjudices, non réparés par les indemnités allouées en vertu des deux lettres qui précèdent, pour autant que ces préjudices peuvent être prévus, dans le cours normal des choses, comme une conséquence de l'expropriation (let. c).
4.2 La servitude expropriée n'ayant pas de valeur vénale, l'indemnité se détermine selon les règles de l'expropriation partielle (ATF 129 II 420 consid. 3.1.1 p. 425; 121 II 436 consid. 8a p. 445). A cet égard, la Cour de justice a appliqué par analogie l'art. 19 let. b de la loi fédérale sur l'expropriation (LEx; RS 711), dont l'art. 18 al. 1 let. b LEx/GE a repris la teneur. Conformément à la jurisprudence, l'indemnité pour expropriation partielle se détermine selon la méthode dite de la différence, qui consiste à déduire de la valeur vénale du fonds avant l'expropriation celle du fonds après cette expropriation (ATF 129 II 420 consid. 3.1.1 p. 425; 122 II 337 consid. 4c p. 343; 114 Ib 321 consid. 3. p. 324 et les arrêts cités). En cas d'expropriation partielle, il n'est pas accordé d'indemnité de dépréciation pour la partie restante, lorsque la dépréciation se trouve compensée par des avantages particuliers résultant de l'entreprise de l'expropriant (art. 22 al. 1 LEx et 21 al. 1 LEx/GE). Par contre, il faut tenir compte du dommage résultant de la perte ou de la diminution d'avantages influant sur la valeur vénale et que la partie restante aurait, selon toute vraisemblance, conservés s'il n'y avait pas eu d'expropriation (art. 22 al. 2 LEx et 21 al. 2 LEx/GE). La jurisprudence prend notamment en considération à cet égard la perte d'avantages valorisant ou protégeant l'immeuble touché: protection contre les nuisances provenant du voisinage, garantie d'une vue dégagée sur le paysage, interdiction de construire grevant le fonds voisin en vertu d'une servitude, etc. (perte d'un "écran protecteur"); cette dépréciation doit être indemnisée (ATF 129 II 420 consid. 3.1.2 p. 426 et les références citées).
4.3 En l'occurrence, la Cour de justice estime qu'il n'est pas nécessaire de déterminer la valeur du fonds touché par l'expropriation, car celle-ci ne cause selon elle aucun dommage aux recourants. Elle considère que la parcelle concernée bénéficie même d'une augmentation de sa valeur du fait de l'expropriation de la servitude. Si l'on en croit l'arrêt attaqué, la suppression de la servitude permettrait en effet aux propriétaires concernés de bénéficier à terme eux aussi "d'un potentiel à bâtir notablement plus élevé". On peine cependant à suivre ce raisonnement. La présente procédure a en effet pour objet les arrêtés du Conseil d'Etat du 25 mai 2011, qui portent uniquement sur l'expropriation de la servitude inscrite au profit de la parcelle des recourants (n° 2249), servitude qui visait à interdire sur le bien-fonds n° 1775, sis à proximité, toute construction autre qu'une maison d'habitation dont le gabarit ne peut excéder deux étages sur rez ou un étage avec combles habitables. Dès lors que l'expropriation litigieuse a pour effet de permettre la construction sur la parcelle n° 1775 de deux immeubles comportant respectivement cinq étages sur rez et deux étages sur rez ainsi que des attiques, on ne discerne pas d'emblée l'avantage que les recourants en retirent.
En particulier, il ne ressort pas de l'arrêt attaqué que l'expropriation de la servitude dont bénéficiaient les recourants s'accompagnerait nécessairement de la radiation d'autres servitudes grevant leur bien-fonds. Dans l'état de fait de cet arrêt, on trouve certes la mention d'une servitude de restriction de bâtir grevant la parcelle n° 2249 au profit de la parcelle n° 1775, mais on ignore si l'expropriation litigieuse aura un effet sur cette servitude, dont on ne connaît au demeurant pas la portée exacte. Par ailleurs, selon un courrier daté du 5 juin 2009 produit par le Conseil d'Etat, il semble que l'intimée propriétaire de la parcelle n° 1775, se soit déclarée prête à radier la servitude inscrite en faveur de sa parcelle à charge de la parcelle des recourants, au cas où ceux-ci renonceraient volontairement à la servitude faisant l'objet du présent litige. Cette offre n'ayant vraisemblablement pas été acceptée, on ne peut pas en inférer que l'expropriation litigieuse contraindra l'intimée précitée à faire radier la servitude grevant le bien-fonds des recourants.
4.4 Dans ces conditions, l'arrêt attaqué ne permet pas de déterminer si les recourants bénéficient effectivement d'un avantage du fait de l'entreprise de l'expropriant. Il est vrai que l'existence d'un éventuel dommage n'est pas non plus manifeste, la parcelle bénéficiant de la servitude expropriée n'étant pas directement voisine du bien-fonds grevé. On ne saurait cependant exclure toute dépréciation sans examiner plus avant la situation, et encore moins conclure à une augmentation de valeur sans étayer cette appréciation. L'arrêt souffre à tout le moins d'un défaut de motivation sur ces questions, de sorte que c'est à juste titre que les recourants invoquent une violation de l'art. 29 al. 2 Cst. à cet égard. Il y a donc lieu d'admettre le recours sur ce point et de renvoyer la cause à la Cour de justice pour qu'elle rende une nouvelle décision suffisamment motivée. Il lui appartiendra d'exposer les motifs qui permettraient le cas échéant de retenir que l'expropriation ne cause pas de dommage aux recourants. Si le motif retenu est effectivement la radiation d'une servitude grevant le bien-fonds des recourants, il conviendra encore de démontrer l'influence concrète de cette radiation sur le potentiel constructible de la parcelle et de dire dans quelle mesure cela compenserait d'éventuels inconvénients tels que les pertes de dégagement et de tranquillité mentionnées par les recourants.
4.5 La question de l'indemnité d'expropriation étant indépendante des autres griefs soulevés par les recourants, le recours doit être admis partiellement, les considérants portant sur l'autorisation de prise de possession anticipée n'étant pas remis en cause par le présent arrêt. Il ressort cependant de l'arrêt attaqué que le droit cantonal n'autorise pas la prise de possession anticipée avant que l'indemnité d'expropriation n'ait été fixée et/ou garantie par des sûretés ou des avances (arrêt attaqué consid. 10; art. 81B let. c LEx/GE). L'annulation du point du dispositif refusant toute indemnité aux recourants entraîne donc l'annulation de l'autorisation de prise de possession anticipée de la servitude, sans que le bien-fondé de ladite autorisation ne soit remis en question. Il appartiendra à la Cour de justice de statuer sur ce point également, le cas échéant en exigeant d'emblée le dépôt d'une garantie afin que la prise de possession anticipée ne soit pas gelée jusqu'à droit connu sur l'indemnité, seule cette dernière demeurant litigieuse.
5. Il s'ensuit que le recours doit être admis partiellement. L'arrêt attaqué est annulé et la cause est renvoyée à la Cour de justice pour nouvelle décision dans le sens des considérants. Dans ces conditions, la requête de levée de l'effet suspensif présentée le 1er juin 2012 devient sans objet. Vu l'issue du recours, les frais de la présente procédure seront répartis par moitié entre les recourants et les intimées (art. 66 al. 1 LTF), leurs dépens étant compensés (art. 68 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est admis partiellement. L'arrêt attaqué est annulé et la cause est renvoyée à la Cour de justice du canton de Genève, Chambre administrative, pour nouvelle décision dans le sens des considérants.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis pour 1'500 fr. à la charge des recourants et pour 1'500 fr. à la charge des intimées.
3. Il n'est pas alloué de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties, au Conseil d'Etat et à la Cour de justice du canton de Genève, Chambre administrative.
Lausanne, le 26 juin 2012
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
Le Greffier: Rittener